Dispositif de protection pour lignes électriques. La présente invention a. pour objet un dispositif de protection pour lignes élec- t.riques, notamment pour diminuer les effets de la foudre sur les lignes de communica; tion à haute fréquence.
Pour diminuer les parasites dus notam ment à la foudre, on a. couramment utilisé des bobines d'écoulement des courants de décharge; ces bobines présentaient une faible impédance par rapport à la terre et une inductance élevée pour le circuit conducteur d'une transmission téléphonique normale. De telles bobine d'écoulement ont été utilisées soit pour un écoulement direct de l'électricité, soit: pour équilibrer ou absorber les décharges. Dans le premier cas, la bobine est directe ment connectée aux fil: de ligne et, dans le second cas, elle est connectée aux fils de ligne par des parafoudres à éclateur.
On a trouvé qu'une bobine de ce genre n'est pas efficace pour diminuer le para sites dus à la. foudre sur les fils de circuits haute fréquence lorsque les éclateurs sont en série avec la bobine et lorsque les fils de ligne sont soumis à des tensions télégra phiques continues. On sait qu'une bobine qui présente une inductance élevée dans un cir cuit bifilaire et une impédance faible dans un circuit parallèle possède une capacité répartie très élevée qui permet aux courants haute fréquence engendrés par les éclateurs ou parafoudres à are de passer dans le cir cuit.
Il s'ensuit l'apparition de parasites qui sont conservés dans le circuit téléphonique et entraînent des distorsions des signaux normalement transmis. Ce fait est particu lièrement important aux fréquences élevées de certain types de systèmes à courants porteurs dont la gamme de fréquences peut aller de 3 à 150 kilohertz. A titre d'exemple, une bobine établie pour présenter une impé dance minimum par rapport à la terre peut assurer une protection de 95% à 10 kilohertz tout en n'assurant en pratique aucune pro tection à une fréquence de 140 kilohertz.
De plus, les bobines ordinairement utili sées ne sont pas efficaces pour des tensions télégraphique,r continues car, dans ce cas, il peut exister, dans un fil, suivant la tension télégraphique continue, une tension par rap port à la terre allant de zéro jusqu'à 110 volts et dans l'autre fil une tension par rap port à la terre, analogue, mais différente soit en grandeur, soit en polarité. Lorsque les parafoudres en série avec la bobine fonction nent, ces tensions continues sont directement appliquées sur les enroulements de la bobine.
Si ces tensions sont égales et de même pola rité, leur effet sera nul sur le fonctionne ment de la, bobine puisque la magnétisation dans l'un des côtés de la bobine, dans le cir cuit magnétique, s'opposera à la magnétisa tion dans l'autre côté et que ces magnétisa- tions s'élimineront sans effet résultant sur la boucle d'hystérésis de la bobine et en con séquence ans changement d'inductance de la bobine.
Mais, si l'un des fils reçoit une ten sion dont la valeur et la polarité diffèrent de celles de la.tension établie dans l'autre fil, il se produira des magnétisations inégales dans les deux côtés de la bobine, ce, qui per mettra l'apparition d'un état de saturation à l'instant de la décharge.
Les. divers degrés de magnétisation déséquilibrée entraîneront des boucles d'hystérésis secondaires qui dé terminent le degré de saturation. La valeur de cet effet de saturation est incertaine et change avec les diverses tensions continues.
De même, pour des tensions de même sens, mais de grandeurs inégales, il se produira un déséquilibre des magnétisations qui donnera naissance à un certain degré de saturation; des tensions de sens opposés et de valeurs inégales entraîneront un degré de magnéti sation et, par :suite, un degré de saturation plus élevés.
Le cas le plus grave est celui de la; pleine valeur des tensions télégraphiques continues de fonctionnement dirigées en sens inverses. Pendant le fonctionnement, ces effets désordonnés agissent de façon telle sur la bobine qu'elle perd une partie de son efficacité -et diminue moins les parasites dus à la foudre.
Ceci est dûau fait que l'indur,- ta.nce e-st ,si fortement réduite que l'équilibrage des courants de décharge de la foudre n'est plus réalisé par la bobine et qu'en même temps le fonctionnement du système protec teur tend à produire un court-circuit sur la paire de fils.
Ceci se produira également lorsque des systèmes télégraphiques à cou rant continu utilisent les fils de circuits à courants porteurs, puisque dans ce cas égale ment il apparaîtra des tensions continues aux bornes de la bobine lors du fonctionne ment des parafoudres.
Un des buts de l'invention est en consé quence de réduire au minimum les effets parasites de la foudre sur des circuits de communication fonctionnant à des fré quences porteuses. Un autre but de l'inven tion est d'éviter les effets parasites de la foudre sur de telles lignes fonctionnant également comme lignes télégraphiques composites. L'objet de l'invention est :
donc un dispo sitif de protection pour lignes électriques, notamment pour diminuer les effets de la foudre sur les lignes de communication à haute fréquence, caractérisé en ce qu'il coin- porte un élément inductif, servant à l'écoule ment de l'électricité atmosphérique, présen tant des enroulements disposés de manière telle que le dispositif susdit ait une faible capacité répartie, afin que les courants de haute fréquence ne passent pas dans ledit élément inductif. Afin de présenter ces carac téristiques,
le dispositif de protection consiste de préférence en deux bobines de retard dis tinctes et séparées, dont les enroulements sont connectés en série. L'une des bobines du dispositif peut être réalisée avec un enroule ment constitué par une paire de fils torsadés possédant une inductance relativement élevée et être disposée comme bobine intérieure avec son point milieu connecté à la terre. Cette bobine, par suite de sa. construction, présentera une capacité répartie relative ment élevée et une inductance de fuite très faible.
La deuxième bobine de retard a ses enroulements connectés de manière à se trou ver en série, un enroulement étant connecté à une borne de la bobine intérieure et l'au tre enroulement à l'autre borne de cette bo bine intérieure. Cette deuxième bobine est réalisée de manière à présenter une induc tance faible, une résistance en courant con tinu faible, une capacité répartie très faible et une inductance de fuite quelque peu plus élevée.
En maintenant pratiquement la tota lité de l'inductance dans la bobine intérieure, la capacité répartie et l'inductance de fuite résultantes de l'ensemble seront minimes. Avec une telle combinaison, on obtient un système efficace d'écoulement de l'électri cité ayant une capacité répartie très faible et une inductance élevée par rapport aux fils, tout en présentant en même temps une impédance relativement faible à la terre.
Dans certains cas où les conditions sont moins strictes, on peut envisager également l'emploi d'une seule bobine présentant des propriétés analogues. Des formes d'exécution de l'objet de l'in vention :seront exposées en détail dans la d(@seription suivante donnée à, titre d'exemple ï n relation avec le dessin annexé, dans lequel:
La fig. 1 représente schématiquement lin type de circuit convenant pour l'utilisa; lion. du dispositif de protection selon l'in vention, avec. les bobines d'écoulement et les dispositifs de protection associés à. ces Bobines.
La: fig. 2A se rapporte à une autre forme d'exécution -et la<B>,</B> fi-. 2B montre la disposition des iioya.ux et des enroulements respectifs de la structure de la fig. 2A.
Les fi-. 3A, 4 A et 5A représentent des I)obineanalogues à celles de la, fig. <I>2A,</I> mais de structure modifiée.
Les fig. 3B, 4B et 5B représentent les dispositions correspondantes entre les enrou- lements et les noyaux et la. fig. 6 représente une forme d'exécu tion iztili,sant une seule bobine.
La fi-,. 1 représente schématiquement un y stéme à courants porteurs connectant les stations A1 et A2, ce système étant protégé par un dispositif de protection suivant l'in- veni:ion.
Les filtres passe-haut 6 et 6' sont con nectés dans les circuits à fréquences vocales à<B>î</B> leurs stations respectives, et des postes de tlégraphie composite 8 et 8' sont prévus pour les circuits de télégraphie en courant continu. A la station A,, des conducteurs 10 et 11 passent à travers un câble d'entrée 12 et .sont connectés à la ligne 13, 14 qui pé nètre par un câble d'entrée 15 à la station A2.
l'extrémité extérieure du câble 12 est prévu un dispositif d'écoulement de l'élec tricité atmosphérique 16, dont les bornes extérieures sont connectées à travers des éclateurs ou parafoudres 17 et 18 aux fils de ligne 13 et 14. Le point milieu du sys- tème 16 est connecté à l'enveloppe du câble et de là à la terre en 19 ainsi qu'aux para foudre: 20, 21 dont les électrodes extérieures sont reliées aux fils de: ligne 13 et 14.
Des ensembles analogues sont respectivement con nectés à l'extrémité du câble 12 à l'intérieur de la station A, et aux extrémités opposées du câble 1 5 à la station<I>A,.</I>
Bien que dans la fig. 1 le dispositif de protection ait été représenté pour la sim- plicité dut dessin comme consistant en un seul enroulement, on doit comprendre, qu'en géné ral il peut consister en deux bobines dis tinctes. dont chacune comprend une paire d'enroulements. Comme représenté sur les fig. <I>2A</I> et 2B, la. bobine<I>A</I> comprend un noyau magnétique fermé 22 de forme toroï- dale et des enroulements 1, 2 et 3, 4.
La première moitié de l'enroulement 1, 2 est enroulée autour du noyau sur la moitié envi ron de ce noyau. Un isolant 26 consistant de préférence en des couches de mousseline ou en un autre ruban isolant est disposé au-dessus de ce demi-enroulement. La pre mière moitié de l'enroulement 3, 4 est alors enroulée comme enroulement extérieur autour de la première moitié de l'enroulement 1, 2. La deuxième moitié de l'enroulement 3, 4 est enroulée autour de la portion restante du noyau 22 comme enroulement intérieur.
L'iso lant 26 est disposé par-dessus: cet enroule ment, puis la deuxième moitié de l'enroule ment 1, 2 est enroulée comme enroulement extérieur par-dessus la deuxième moitié de l'enroulement 3, 4. La structure de la bobine A est telle qu'elle assure un minimum de capacité répartie. :Son inductance de fuite sera:; eu conséquence très petite.
La bobine B comprend un noyau toroï- dal 27 -et une paire torsadée de conducteurs comprenant les enroulements 1, 2 et 3, 4. Leo bornes 2, 3 sont reliées l'une à l'autre et à la terre, de sorte que les enroulements .de la bobine B, de la borne 1 à la borne 4, sont inductiv ement disposés en série.
Les enroulements sont prévus de manière que les bornes 1 et 4 de la bobine A servent de bornes de sortie du système et les enroule ments 1, 2 et 3, 4 sont connectés inductive- ment en série comme le sont les enroule ments 1, 2 et 3, 4 de la bobine B,
les bornes 2 et 3 de la bobine A étant connectées aux <B>0</B> bornes 1 et 4 de la bobine B respectivement. On obtient ainsi un dispositif de protection qui possède une capacité répartie très faible et une inductance de ligne relativement éle- i vée tout en présentant en même temps une impédance minimum par rapport à la terre.
La modification représentée sur les fig. 3A -et 3B diffère de la disposition décrite à propos des fig. 2A et 2B @en ce que le noyau de la bobine A est -divisé par un petit entrefer indiqué en 28. Cet entrefer, qui n'est de préférence que- d'une largeur de l'ordre de 0,07 mm, sert à stabiliser l'induc tance et à diminuer les effets de la satura tion.
La structure représentée sur les fig. 421 et 4B diffère de celle des fig. 3A <I>et</I> 3B en ce que l'entrefer 28 est prévu dans le noyau de la bobine intérieur ayant une capacité répartie élevée. Sur les fig. 5A et 5B, des entrefers 28-28 sont prévus dans les noyaux des deux bobines, la disposition des enroule ments étant la même que celle décrite à pro pos des fig. 2A et 2B.
Comme la bobine B qui présente une capacité répartie élevée est toujours en circuit comme bobine intérieure dont le point milieu est relié à la terre, la capacité répartie totale du dispositif est relativement faible, tandis que l'inductance du circuit de ligne est relativement élevée. La disposition des enroulements de la bobine A -est telle qu'elle assure une capacité répar tie faible.
Les deux enroulements de la bobine A servent dans chaque cas d'enroule- mentsextérieurs du dispositif, et comme ces enroulements sont prévus de manière à avoir une capacité répartie faible, il en 'résulte un dispositif de protection dont la capacité répartie totale est très faible.
Dans certains cas où les conditions sont moins rigoureuses ou lorsqu'il n'est pas dési rable pour d'autres raisons d'utiliser deux bobines, on peut obtenir d'assez bons r6sul- tats en employant une seule bobine telle que celle représentée sur la fig. 6.
Cette bobine est analogue à la bobine A de la fig. 3A et présente les caractéristiques d'une capacité répartie faible et d'un entrefer de stabilisa tion de lnductance et de réduction des effets de saturation. Lorsqu'on utilise une seule bobine, les bornes. 2 et 3 sont reliées l'une à l'autre<U>t</U> à la terre, et les bornes 4 et 1 sont connectées aux conducteurs de ligne 13 .et 14 à travers les parafoudres 17 et 18.
Dans des conditions normales .de fonc tionnement, cômme on peut le voir d'après la fig. 1, le dispositif de protection n'est pas directement connecté aux conducteurs de ligne, maïs en est séparé par les parafoudres 17 et 18.
On remarquera ainsi que ce dispo sitif permet le fonctionnement des services usuels -en courant continu, comme par exemple la télégraphie composite -et le test par courant continu. Cependant, lorsque des tensions de valeur suffisamment élevée sont induites sur les conducteurs de ligne 13, 14 par la foudre, ces. parafoudres établissent leur arc et le dispositif de protection devient immédiatement efficace pour écouler les courants induits à partir de la ligne.
En même temps, les tensions continues de la télégraphie sont appliquées sur le dispositif de protection à travers les ares. des para foudres. Comme les parafoudres 20, 21 ont une caractéristique disruptîve plus élevée que i les parafoudres 17 et 18, ils ne fonctionnent pas dans les conditions normales, mais sont prévus dans le seul but de protéger les bobines d'écoulement contre des potentiels qui pourraient mettre en danger leur isole ment.
Les dispositifs de protection décrits ici conviennent particulièrement pour des installations de communication par courants porteurs à large bande en assurant une pro- te-ction convenable contre des perturbations dues à la foudre.
Dans ces conditions, ces dis positifs d'écoulement forcent les courants à haute fréquence engendrés par le para foudres à passer à la terre et assurent en même temps une action d'équilibrage de l'in ductance lorsque des impulsions de courant continu passent à travers les bobines pour la.
télégraphie par courant continu. Ces dispo sitifs fournissent la protection la plus effi cace, d'après des essais, pour la bande large actuellement utilisée dans des systèmes à courants porteurs de 3 à 150 kilohertz envi ron. Toutefois, les dispositifs décrits assu rent également une protection efficace. pour ,lrs systèmes d'une bande de fréquences plus lardée allant jusqu'à 300 kilohertz environ.