CH255557A - Dispositif de protection pour lignes électriques. - Google Patents

Dispositif de protection pour lignes électriques.

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CH255557A
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00Communication cables or conductors
    • H01B11/02Cables with twisted pairs or quads
    • H01B11/12Arrangements for exhibiting specific transmission characteristics

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description


  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.

Claims (1)

  1. REVENDICATION Dispositif de protection pour lignes élec triques, notamment pour diminuer les effets Ch- la foudre sur les ligrnes de communica; t.ion à haute fréquence, caractérisé en ce qu'il comporte un élément inductif, servant il, l'écoulement de,l'électricité atmosphérique, présentant des enroulements disposés de ma nière telle que le dispositif susdit ait une faible capacité répartie, afin que les courants de haute fréquence ne passent pas dans ledit élément inductif. SOUS-REVENDICATIONS 1.
    Dispositif suivant la revendication, caractérisé en ce que l'élément inductif coin- prend une paire de bobines de réactance. dont chacune comporte un noyais magnétique et une paire d'enroulements équilibrés, les enroulements d'une desdites bobines étant conneeté,Q;
    entre eux en série et formant les deux. enroulements intérieurs de l'élément inductif, tandis que les enroulements de l'autre desditebobines, formant les enroule- ment:s extérieurs dudit élément inductif, sont connecté- en série aux enroulements de la pr < @niière bobine. \?.
    Dispositif suivant la revendication, caractérisé en ce que l'élément inductif com porte une bobine comprenant sur un noyau magnétique une paire de fils isolés torsadés formant deux enroulements équilibrés con nectés entre eux en série et une deuxième bobine comprenant sur un noyau magnétique finie paire d'enroulements espacés, ces, der niers enroulements étant connectés en série aux enroulements de la première bobine. 3.
    Dispositif suivant la, sous-reivendica- 1ion 2, caractérisé en ce que le point milieu des enroulements de la première bobine est mis à la. terre et en ce qu'un des enroule ment: de la deuxième bobine est connecté à. sine borne de: la première bobine, de sorte que lesdits enroulements sont inductivement en série. 4.
    Dispositif suivant la sous-revendica- tion 2, caractérisé en ce qu'un des noyaux magnétiques est pourvu d'un entrefer d'une épaisseur approximative de 0,07 mm. Dispositif suivant la revendication, caractérisé en ce que l'élément inductif com porte une paire de bobines de réactance dont leg enroulements sont en série entre les con ducteurs de la ligne de communication,
    l'une desdites bobines comprenant une paire d'en roulements connectés inductivement en série et enroulés de telle manière qu'ils présentent une inductance forte et une capacité répartie élevée, l'autre desdites bobines comprenant une paire. d'enroulements connectés inductive- ment en :série et enroulés de telle manière qu'ils présentent une capacité répartie faible.
    6. Dispositif suivant la reivendication, caractérisé en ce qu'il comporte quatre enroulements connectés entre eux inductive- ment en -série, les enroulements intérieurs étant enroulés en forme d'une paire de fils torsadés sur un noyau magnétique et ayant leur point milieu connecté à.
    la terre, les deux enroulements extérieurs étant enroulés sur un deuxième noyau magnétique, l'un desdits enroulements étant enroulé sur l'une des moitiés dudit noyau comme enroule ment intérieur, tandis que l'autre desdits enroulements est enroulé sur la première moitié comme enroulement intérieur, et en ce qu'il comporte une couche de matière iso lante séparant lesdits enroulements inté rieurs desdits enroulements extérieurs. 7.
    Dispositif suivant la revendication, caractérisé en ce qu'il ne comporte qu'une seule bobine qui comprend un noyau magné- tique et une paire de fils isolés torsadés dont une extrémité de chacun desdits fils est mise à la terre, les deux autres extrémités desdits fils étant connectées chacune par l'intermé diaire d'un parafoudre à un conducteur de ligne,
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