EP0851549B1 - Parafoudre avec une enveloppe en matière thermoplastique ayant une surface extérieure gaufrée - Google Patents

Parafoudre avec une enveloppe en matière thermoplastique ayant une surface extérieure gaufrée Download PDF

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EP0851549B1
EP0851549B1 EP97403081A EP97403081A EP0851549B1 EP 0851549 B1 EP0851549 B1 EP 0851549B1 EP 97403081 A EP97403081 A EP 97403081A EP 97403081 A EP97403081 A EP 97403081A EP 0851549 B1 EP0851549 B1 EP 0851549B1
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EP
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envelope
electrical components
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thermoplastic material
stack
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René Joulie
Serge Tartier
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Societe Europeenne dIsolateurs en Verre et Composite SEDIVER SA
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Societe Europeenne dIsolateurs en Verre et Composite SEDIVER SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/15—Details of spark gaps for protection against excessive pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors
    • H01C7/126—Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure

Definitions

  • the invention relates to a surge arrester or surge arrester comprising two metal connection frames, a stack of conductive electrical components extending along a longitudinal axis between the two fittings, an envelope surrounding the electrical components and reinforcements so as to maintain electrical contact between these components.
  • Such a surge arrester or lightning arrester is intended to be connected to electrical equipment to derive the overcurrent pulses. Of such overcurrent pulses occur, for example, during strokes lightning. When this occurs, the arrester derives the overcurrent pulse at the earth, thereby protecting the electrical equipment and circuit from damage or destruction.
  • U.S. Patent No. 3,018,406 describes a surge arrester having a casing in thermosetting material molded on components electric. To avoid inclusions of this material between the electrical components during molding, the electrical components are protected by two prefabricated half-shells.
  • the envelope surrounding the conductive electrical components is constituted by a winding of resin-impregnated glass fibers, the assembly being housed in an insulating casing made of weatherproof elastomeric polymer.
  • the overvoltage diverter according to the invention as defined by claim 1 remedies the drawbacks indicated above.
  • An overpressure of the gases inside the envelope therefore causes the rupture of the envelope at its thinner areas and therefore of greater brittleness, that is to say at the level of the hollows of the embossed surface, which allows the venting of gases through the openings thus created without risk bursting lightning arrester.
  • the dinghy according to the invention is of low cost over time reduced manufacturing.
  • the envelope of such a dinghy can be produced by molding by injection or compression of the thermoplastic material on the electrical components and metal fittings. It is free of inclusion air or humidity between the electrical components and the enclosure or between the envelope and the casing made of elastomeric polymer material which surrounds the envelope.
  • the use of thermoplastic material is particularly advantageous since this material has a very short cycle time.
  • the molding is making on a cold column (the electrical components in the mold being brought to a temperature of around 80 ° c while the thermoplastic material in the mold being at a melting temperature of about 270 ° c), this material thermoplastic, whose melting point is generally very narrow, tends to freeze very quickly on contact with electrical components and does not get in not between these components. So there is no need to protect electrical components by a film used to avoid the inclusion of material between electrical components.
  • Figure 1 very schematically shows an assembly comprising a stacking of varistor blocks between two armatures to constitute a insert.
  • Figure 2 shows very schematically the assembly of Figure 1 fitted with a thermoplastic envelope, the outer surface of which an embossed structure.
  • FIG. 3 shows very schematically the surge arrester according to the invention with its elastomeric polymer housing.
  • the surge arrester or surge arrester according to the invention includes a set of electrically conductive components in the event of overvoltage, for example cylindrical blocks of varistor 1, aligned in row along a longitudinal axis 2 and in contact with each other by their appropriate end faces. On each end face of the stack of varistor blocks is placed a metal connection frame 3.
  • Each frame 3 has an annular groove indicated by 4 which extends perpendicular to axis 2 and which has facets 4a, 4b, 4c giving in cross section to axis 2 a polygonal shape, for example hexagonal.
  • an envelope 6 surrounds the varistor blocks 1 and the reinforcements 3.
  • this envelope is made from a material thermoplastic and has an embossed outer surface with depressions 7 and bumps 8 and 9.
  • thermoplastic material is molded on the outer surface of assembly 5 consisting of the stack of varistors 1 and the armatures metal 3.
  • the casing 6 can be produced for example, by molding by injection of the thermoplastic material into an injection mold containing assembly 5 which avoids the risk of air or humidity inclusions between the varistor blocks and the envelope.
  • Envelope 6 can also be prefabricated to be in the form of a tube made of material thermoplastic. Assembly 5 is introduced into the prefabricated envelope which is then compression molded, in a compression mold, onto the assembly 5 so as to obtain recesses 7 corresponding to zones thinner envelope.
  • the envelope 6, at the level of these zones of thinner thickness is likely to rupture locally under significant gas pressure and side openings thus formed by rupture are used to vent the gas.
  • the bumps on the outer surface of the casing 6 define longitudinal ribs 8 and radial 9 with respect to the axis 2. These ribs serve to constitute reinforcements to ensure the mechanical strength and the rigidity of the insert constituted by the assembly 5 and the envelope 6.
  • assembly 5 is heated in an oven to bring its temperature to approximately 80 ° C so as to reduce, when the plastic material hardens, stresses due to differential expansion.
  • the plastic material of the envelope fills the grooves 4 of reinforcements 3 so that the envelope engaged in these grooves ensures contact between the varistor blocks and prevents, due to the presence of facets, a rotational movement of the reinforcements 3 around the axis 2.
  • This plastic material can advantageously be loaded with cut fiberglass or silica to increase its characteristics mechanical and self-extinguishing.
  • a material thermoplastic with a very narrow melting point for example, a polyamide, a polyoxymethylene or even a polyphthalamide, to make the envelope.
  • the envelope 6 of the insert is enclosed in a housing in elastomeric polymeric material 10 having annular fins.
  • This case is advantageously produced by injection of the elastomeric polymer material in an injection mold containing the insert.
  • This elastomeric polymer material comes to fill the recesses 7 of the surface of the envelope without risk of inclusion of gas or humidity between the casing 6 and the casing 10.
  • the outer surface of the envelope is prepared, for example sanded to be frosted and glued.

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Description

L'invention concerne un dériveur de surtension ou parafoudre comprenant deux armatures métalliques de raccordement, un empilement de composants électriques conducteurs s'étendant suivant un axe longitudinal entre les deux armatures, une enveloppe entourant les composants électriques et les armatures de telle sorte à maintenir un contact électrique entre ces composants.
Un tel dériveur de surtension ou parafoudre est destiné à être raccordé à des équipements électriques pour dériver les impulsions de surintensité. De telles impulsions de surintensité se présentent par exemple lors de coups de foudre. Lorsque ceci a lieu, le parafoudre dérive l'impulsion de surintensité à la terre, protégeant ainsi l'équipement électrique et le circuit de tout dommage ou destruction.
Le brevet américain n°3018406 décrit un parafoudre ayant une enveloppe en une matière thermodurcissable moulée sur les composants électriques. Pour éviter des inclusions de cette matière entre les composants électriques lors du moulage, les composants électriques sont protégés par deux demi-coquilles préfabriquées.
Dans les parafoudres actuels décrits dans la demande de brevet français n°2685533, l'enveloppe entourant les composants électriques conducteurs, généralement des blocs cylindriques de varistance, est constituée par un enroulement de fibres de verre imprégné de résine, l'ensemble étant logé dans un boítier isolant en polymère élastomère étanche aux intempéries. Lorsqu'un parafoudre fonctionne correctement, un contact intime doit être maintenu entre les blocs de varistances. Ce contact est assuré par une structure d'enveloppe mettant en compression axiale les blocs de varistance. Le cas échéant, un ressort peut être interposé entre une armature et le bloc de varistance situé à l'extrémité correspondante de l'empilement pour réaliser cette compression axiale.
Ces parafoudres sont susceptibles de présenter des défaillances et dans ce cas ils peuvent être soumis à des courants de fuite importants produisant des pressions de gaz élevées à l'intérieur de l'enveloppe ce qui conduit à l'éclatement du parafoudre. Pour limiter ou empêcher ce risque d'éclatement, il est connu du brevet européen n°0335480 de prévoir une enveloppe formée par un enroulement de fibres de verre laissant des ouvertures latérales de mise à l'air libre des gaz. Une telle construction s'avère toutefois relativement coûteuse à fabriquer. Dans la demande de brevet européen n°0595376, le parafoudre comporte une enveloppe préfabriquée en une matière thermodurcissable comme le polyester dans laquelle sont formées des ouvertures ou des zones de faible épaisseur pour l'échappement des gaz. Toutefois, la mise en compression axiale des éléments électriques ou blocs de varistance dans l'enveloppe doit être réalisée par un ressort.
Le dériveur de surtension selon l'invention tel que défini par la revendication 1 remédie aux inconvénients indiqués ci-dessus.
Une surpression des gaz à l'intérieur de l'enveloppe provoque donc la rupture de l'enveloppe au niveau de ses zones de plus faible épaisseur et donc de plus grande fragilité, c'est-à-dire au niveau des creux de la surface gaufrée, ce qui permet la mise à l'air des gaz par les ouvertures ainsi créées sans risque d'éclatement du parafoudre.
Le dériveur selon l'invention est d'un faible coût de revient avec un temps de fabrication réduit. L'enveloppe d'un tel dériveur peut être réalisée par moulage par injection ou par compression de la matière thermoplastique sur les composants électriques et les armatures métalliques. Il est exempt d'inclusion d'air ou d'humidité entre les composants électriques et l'enveloppe ou entre l'enveloppe et le boítier en matière polymère élastomère qui entoure l'enveloppe. L'utilisation de la matière thermoplastique est particulièrement avantageux puisque cette matière a un temps de cycle très court. Par ailleurs, le moulage se faisant sur une colonne froide (les composants électriques dans le moule étant portés à une température d'environ 80°c tandis que la matière thermoplastique dans le moule étant à une température de fusion d'environ 270°c), cette matière thermoplastique, dont le point de fusion est généralement très étroit, a tendance à figer très rapidement au contact des composants électriques et ne s'introduit pas entre ces composants. Ainsi, il n'est pas nécessaire de protéger les composants électriques par un film servant à éviter l'inclusion de matière entre les composants électriques.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation.
La figure 1 montre très schématiquement un assemblage comprenant un empilement de blocs de varistance entre deux armatures pour constituer un insert.
La figure 2 montre très schématiquement l'assemblage de la figure 1 muni d'une enveloppe en matière thermoplastique dont la surface extérieure a une structure gaufrée.
La figure 3 montre très schématiquement le dériveur de surtension selon l'invention avec son boítier en polymère élastomère.
Figure 1, le dériveur de surtension ou parafoudre selon l'invention comprend un ensemble de composants électriques conducteurs en cas de surtension, par exemple des blocs cylindriques de varistance 1, alignés en rangée suivant un axe longitudinal 2 et en contact l'un avec l'autre par leurs faces d'extrémité appropriées. Sur chaque face d'extrémité de l'empilement de blocs de varistance est placée une armature métallique de raccordement 3.
Chaque armature 3 présente une gorge annulaire indiquée par 4 qui s'étend perpendiculairement à l'axe 2 et qui présente des facettes 4a,4b,4c lui conférant en coupe transversale à l'axe 2 une forme polygonale, par exemple hexagonale.
Figure 2, une enveloppe 6 entoure les blocs de varistance 1 et les armatures 3. Selon l'invention, cette enveloppe est réalisée à partir d'une matière thermoplastique et présente une surface extérieure gaufrée avec des creux 7 et des bosses 8 et 9.
La matière thermoplastique est moulée sur la surface extérieure de l'assemblage 5 constitué par l'empilement de varistances 1 et les armatures métalliques 3. L'enveloppe 6 peut être réalisée par exemple, par moulage par injection de la matière thermoplastique dans un moule d'injection contenant l'assemblage 5 ce qui permet d'éviter les risques d'inclusions d'air ou d'humidité entre les blocs de varistances et l'enveloppe. L'enveloppe 6 peut aussi être préfabriquée pour se présenter sous la forme d'un tube en matière thermoplastique. L'assemblage 5 est introduit dans l'enveloppe préfabriquée qui est ensuite moulée par compression, dans un moule de compression, sur l'assemblage 5 de telle sorte à obtenir des creux 7 correspondant à des zones de plus faible épaisseur de l'enveloppe.
L'enveloppe 6, au niveau de ces zones de plus faible épaisseur est susceptible de se rompre localement sous une pression importante de gaz et les ouvertures latérales ainsi formées par rupture servent à la mise à l'air libre des gaz.
Les bosses de la surface extérieure de l'enveloppe 6 définissent des nervures longitudinales 8 et radiales 9 par rapport à l'axe 2. Ces nervures servent à constituer des renforts pour assurer la tenue mécanique et la rigidité de l'insert constitué par l'assemblage 5 et l'enveloppe 6.
Pendant la réalisation de l'enveloppe 6 par moulage par injection ou par compression de la matière thermoplastique sur l'assemblage 5, on exerce sur chaque extrémité de l'assemblage 5, une force de compression F dirigée selon l'axe 2 de façon à éviter un déplacement relatif entre les blocs de varistances 1 et les armatures 3 par rapport à l'axe longitudinal de l'empilement ainsi que l'inclusion de la matière thermoplastique entre les blocs de varistances. Cette force de compression est de l'ordre de 100 N.
Avant la réalisation de l'enveloppe en matière thermoplastique, l'assemblage 5 est chauffé dans un four pour porter sa température à environ 80°C de sorte à diminuer, lors du durcissement de la matière plastique, les efforts dus à la dilatation différentielle.
La matière plastique de l'enveloppe vient remplir les gorges 4 des armatures 3 de sorte que l'enveloppe en prise dans ces gorges assure le contact électrique entre les blocs de varistances et empêche, du fait de la présence des facettes, un déplacement en rotation des armatures 3 autour de l'axe 2.
Cette matière plastique peut avantageusement être chargée avec de la fibre de verre coupée ou de la silice pour augmenter ses caractéristiques mécaniques et d'auto extinction. De préférence, on utilisera une matière thermoplastique à point de fusion très étroit, par exemple, un polyamide, un polyoxyméthylène ou encore un polyphtalamide, pour réaliser l'enveloppe.
Figure 3, l'enveloppe 6 de l'insert est enfermée dans un boítier en matière polymère élastomère 10 présentant des ailettes annulaires. Ce boítier est avantageusement réalisé par injection de la matière polymère élastomère dans un moule d'injection contenant l'insert. Cette matière polymère élastomère vient remplir les creux 7 de la surface de l'enveloppe sans risque d'inclusion de gaz ou d'humidité entre l'enveloppe 6 et le boítier 10.
Avant de réaliser ce boítier, la surface extérieure de l'enveloppe est préparée, par exemple sablée pour être dépolie et encollée.

Claims (8)

  1. Un dériveur de surtension comprenant deux armatures métalliques (3) de raccordement, un empilement de composants électriques (1) s'étendant suivant un axe longitudinal (2) entre les deux armatures, une enveloppe (6) entourant les composants électriques et les armatures de telle sorte à maintenir un contact électrique entre ces composants, l'enveloppe étant moulée sur les composants électriques et les armatures, caractérisé en ce que l'enveloppe est réalisée à partir d'une matière thermoplastique et en ce que cette enveloppe présente une surface extérieure gaufrée avec des creux (7) et des bosses (8,9), les creux correspondant à des zones de plus faible épaisseur de l'enveloppe susceptibles de se rompre localement sous une pression importante de gaz de sorte à constituer après rupture des ouvertures latérales dans l'enveloppe pour la mise à l'air libre de gaz.
  2. Le dériveur selon la revendication 1, dans lequel chaque armature métallique (3) comporte une gorge annulaire (4) avec des facettes (4a,4b,4c) dans laquelle prend prise l'enveloppe.
  3. Le dériveur selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel les bosses de la surface extérieure gaufrée de l'enveloppe (6) constituent des nervures longitudinales (8) et radiales (9) par rapport audit axe (2).
  4. Le dériveur selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant un boítier (10) en matière polymère élastomère entourant l'enveloppe, cette matière polymère remplissant les creux (7) de la surface extérieure de l'enveloppe.
  5. Un procédé de fabrication d'un dériveur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'enveloppe est moulée sur les composants électriques (1) et les armatures métalliques (3) par injection de la matière thermoplastique dans un moule contenant l'empilement de composants électriques (1) entre les deux armatures (3), cet empilement de composants électriques étant soumis à une force de compression (F) exercée suivant ledit axe longitudinal (2) pendant l'injection de la matière thermoplastique.
  6. Un procédé de fabrication d'un dériveur de surtension selon l'une quelconques des revendications 1 à 4, dans lequel l'enveloppe est moulée sur les composants électriques (1) et les armatures métalliques (3) par compression de la matière thermoplastique dans un moule contenant l'empilement de composants électriques (1) entre les deux armatures (3), cet empilement de composants électriques étant soumis à une force de compression (F) exercée suivant ledit axe longitudinal (2) pendant la compression de la matière thermoplastique.
  7. Le procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel l'empilement de composants électriques (1) entre les deux armatures (3) est préalablement chauffé avant le moulage de la matière thermoplastique sur les composants électriques et les armatures.
  8. Le procédé selon la revendication 7, dans lequel un boítier en matière polymère élastomère (10) est moulé par injection autour de l'enveloppe (6), ladite matière polymère élastomère remplissant les creux (7) de la surface extérieure de l'enveloppe.
EP97403081A 1996-12-23 1997-12-18 Parafoudre avec une enveloppe en matière thermoplastique ayant une surface extérieure gaufrée Expired - Lifetime EP0851549B1 (fr)

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