EP1914850B1 - Dispositif de protection contre les surtensions avec plages de raccordement et électrodes monoblocs - Google Patents

Dispositif de protection contre les surtensions avec plages de raccordement et électrodes monoblocs Download PDF

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EP1914850B1
EP1914850B1 EP07291267A EP07291267A EP1914850B1 EP 1914850 B1 EP1914850 B1 EP 1914850B1 EP 07291267 A EP07291267 A EP 07291267A EP 07291267 A EP07291267 A EP 07291267A EP 1914850 B1 EP1914850 B1 EP 1914850B1
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EP
European Patent Office
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electrode
connection means
connection
connection terminal
major part
Prior art date
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EP07291267A
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EP1914850A1 (fr
EP1914850B2 (fr
Inventor
Hervé Alain François LINDEPERG
Jean-Bernard Ducourneau
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ABB France SAS
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ABB France SAS
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Classifications

    • 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
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/14—Arcing horns

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of protective devices for installations and electrical equipment against overvoltages, especially against overvoltages due to lightning.
  • the present invention relates more particularly to a protection device of an electrical installation against overvoltages having a first connection terminal and a second connection terminal intended to allow the electrical connection of said device to said electrical installation, a first electrode and a second electrode. delimiting an inter-electrode space forming a spark gap, as well as a first connection means electrically connecting said first connection terminal to said first electrode and second connection means electrically connecting said second connection terminal to said second electrode, the first electrode being predominantly consisting of a first material and the first connecting means being mainly constituted of a second material.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a device for protecting an electrical installation against overvoltages during which a first connection terminal and a second connection terminal are formed for enabling the electrical connection of said device to said installation.
  • a first electrode and a second electrode delimiting an inter-electrode space forming a spark gap are formed, and in which said first connection terminal is electrically connected to said first electrode by means of a first connecting means, as well as said second terminal connecting to said second electrode by means of a second connection means
  • said method comprising a step (a) of producing the first electrode during which the first electrode is made; electrode mainly from a first material and a step (b) of producing the first connection means in which the first connection means is made mainly based on a second material.
  • Known surge arresters may be based on different technologies depending on the nature of the protection component they implement.
  • spark gap arresters are known, ie using as a protective component a device comprising two electrodes placed opposite each other, one being electrically connected to the phase to be protected while the other is electrically connected to the earth. Said electrodes are separated by an insulating gap, formed for example by a gas blade, such as air, a dielectric body or a combination of these elements.
  • the known spark gap arresters generally comprise an insulating casing in which the electrodes are housed, said casing being provided with connection terminals forming interfaces for electrical connection between the outside and the inside of the casing, in order to allow the connection of the arrester to the electrical system to be protected.
  • connection means or " connection pads"
  • connection pads which may be for example in the form of metal plates.
  • Such a surge arrester is notably disclosed by FR-A-2,843,243 with respect to which the preambles of claims 1 and 10 are defined.
  • the electrodes of the devices of the prior art consist of very strong alloys, capable of tolerating temperatures of the order 2000 ° C. These alloys, usually based mainly on tungsten, are particularly expensive and difficult to implement. The electrodes made in these materials are therefore particularly expensive and complex to manufacture, and therefore represent a significant part of the cost price of the surge arrester.
  • connection ranges of the arresters of the prior art are generally made from alloys based mainly on copper, such as brass, or iron, such as steel.
  • connection pad Such an arrangement involves making an electrical connection between each connection pad and the electrode associated therewith.
  • said connection is made by soldering.
  • the brazing operation inherently generates additional production costs, but it also increases, because of its complexity of implementation, the scrap rate during production.
  • the brazing process is energy intensive and often uses polluting materials, so that it can be unfavorable to the environment.
  • the objects assigned to the invention therefore aim to remedy the various drawbacks enumerated above, and to propose a new device for protecting an electrical installation against overvoltages which is of particularly simple design and which presents an optimized cost price.
  • Another object of the invention is to propose a surge protection device whose manufacture is particularly respectful of the environment.
  • Another object of the invention is to provide a new surge protection device which is particularly suitable for protecting electrical installations against indirect lightning strikes.
  • Another object of the invention is to provide a method of manufacturing a protection device of an electrical installation against overvoltages which is particularly simple to implement and inexpensive.
  • Another object of the invention is to provide a method of manufacturing a surge protection device that is particularly environmentally friendly.
  • a protection device of an electrical surge installation having a first connection terminal and a second connection terminal intended to allow the electrical connection of said device to said installation.
  • an electrical electrode, a first electrode and a second electrode defining an inter-gap gap gap, and a first connection means electrically connecting said first connection terminal to said first electrode and a second connection means electrically connecting said second connection terminal.
  • the first electrode being predominantly made of a first material
  • the first connecting means being predominantly made of a second material, characterized in that the first material and the second material are substantially identical
  • the objects assigned to the invention are also achieved by means of a method for manufacturing a device for protecting an electrical installation against overvoltages during which a first connection terminal and a second connection terminal are formed.
  • a method for manufacturing a device for protecting an electrical installation against overvoltages during which a first connection terminal and a second connection terminal are formed intended for to allow the electrical connection of said device to said electrical installation, during which a first electrode and a second electrode delimiting an inter-electrode space forming a spark gap are formed, and during which said first connection terminal is electrically connected to said first electrode, and a first connection means, as well as said second connection terminal to said second electrode by means of a second connection means
  • said method comprising a step (a) of producing the first electrode in the course of which the first electrode is made mainly from a first material and a step (b) of producing the first connection means during which the first connection means is made mainly from a second material, characterized in that during said steps (a) and (b), a first material and a second sensiblem material
  • the protection device 1 of an electrical installation 2 against overvoltages according to the invention is intended to be connected bypass (" in parallel ”) to said electrical installation 2 to be protected.
  • the term " electrical installation" refers to all types of devices or networks powered electrically and likely to experience voltage disturbances, including transient overvoltages due to lightning.
  • the protective device 1 can therefore advantageously constitute a surge arrester.
  • the protection device 1 is in particular intended to be disposed between a phase of the installation 2 to be protected and the earth. It is also conceivable, without departing from the scope of the invention, that the device 1 is connected between the neutral and earth, between the phase and the neutral, or between two phases to achieve a differential protection.
  • said device comprises a first connection terminal 3 and a second connection terminal 4.
  • connection terminals may in particular be in the form of lugs, elastic flanges or metal screw-cage assemblies, typically intended to engage on the end of a cable, on a terminal block, or on a conducting rail connected to the electrical installation 2.
  • the protection device 1 also comprises a first electrode 5 and a second electrode 6 defining an inter-electrode gap 7 forming a spark gap.
  • the inter-electrode gap 7 is preferably formed by an insulating material, such as a gas or a dielectric body.
  • an insulating material such as a gas or a dielectric body.
  • the inter-electrode space 7 is filled with air, the use of this gas as an insulating element being in fact particularly economical.
  • the protection device 1 also comprises a first connection means 10 which electrically connects the first connection terminal 3 to the first electrode 5, and a second connection means 11 which electrically connects the second connection terminal 4 to the second electrode 6.
  • the first electrode 5 being mainly composed of a first material M1 and the first connection means 10 consisting mainly of a second material M2, said first material M1 and said second material M2 are, according to an important characteristic of the invention, substantially identical.
  • the second electrode 6 predominantly consisting of a third material M3 and the second connecting means 11 predominantly consisting of a fourth material M4, the third material M3 and the fourth material M4 are preferably substantially identical.
  • first, second, third and fourth materials M1, M2, M3, M4 are all substantially identical.
  • the electrodes 5, 6, respectively the connection means 10, 11, are each formed at more than 50%, by volume or by weight, in a particular material, pure or ally.
  • the first electrode 5 or the second electrode 6 to have a multilayer structure comprising a majority core (in weight and / or in volume) made in the first material M1. respectively in the third material M3, said core being coated with a thin layer of another material.
  • each electrode 5, 6, respectively each connection means 10, 11 will be integrally formed in a homogeneous material.
  • substantially identical materials is meant materials, especially metal alloys, whose chemical composition is very close and preferably identical.
  • the first electrode 5 and the first connection means 10, respectively the second electrode 6 and the second connection means 11, comprise a majority chemically common base, and preferably have exactly identical compositions.
  • the protection device according to the invention mainly uses, preferably exclusively, first, second, third and fourth materials M1, M2, M3, M4 containing only a very small proportion of tungsten, and so particularly preferably not containing tungsten.
  • first and the second material M1, M2, and / or respectively the third and fourth material M3, M4 may be based mainly on copper, and even more preferably consist of a brass-type alloy.
  • the first and the second material M1, M2, and / or respectively the third and the fourth material M3, M4 may be based predominantly on iron, and even more preferably consist of a steel-type alloy. .
  • the protective device 1 according to the invention can therefore advantageously constitute a Type 2 surge arrester in the sense of the IEC 61643-1 standard.
  • the inventors have been able to establish and verify that the electrical and thermal energies involved in Type 2 surge arresters are perfectly compatible with the use of cheap alloys, free of tungsten, to form spark gap electrodes. intended to provide such a protection function against indirect lightning strikes.
  • the first electrode 5 is integral with the first connection means 10 so as to form a first monoblock member 12.
  • the second electrode 6 is preferably integral with the second connection means 11 so as to form a second one-piece member 14.
  • such an arrangement in the form of monoblock members makes it possible to eliminate the junction areas ordinarily made bulky by the superposition of the elements to be fixed (electrode 5, 6 and connection means 10, 11) and / or the addition of reported fixing.
  • the device 1 according to the invention thus does not require the use of rivets, screws or filler metals to connect each electrode to its respective connection means, which contributes to reducing the overall bulk of said device and to make it more compact.
  • this solution eliminates delicate and expensive assembly operations.
  • the first monoblock member 12 is formed by a first metal bar.
  • the second one-piece member 14 is preferably formed respectively by a second metal bar.
  • the one-piece members 12, 14 will be likened to metal bars, without this constituting a limitation of the invention.
  • the use of metal strips especially when they are in the form of relatively small thickness tabs, facilitates the shaping of the electrodes 5, 6 as connecting means 10, 11. for example, we can consider using simple folding operations to define and configure the different sections of the same bar which correspond respectively to the electrode and the connection means.
  • the dimensioning of the first and of the second metal strip 12, 14 depends on the one hand on the space available for producing the device 1 and on the other hand on the amount of energy that said device will have to support. during the flow of fault currents.
  • the first and / or second metal strip 12, 14 will have a thickness e of between 0.5 and 2 mm, and particularly preferably between 1 and 1.5 mm.
  • the device according to the invention comprises an insulating housing 15 in which are mounted the first and the second metal bar 12, 14, as well as the connection terminals 3, 4.
  • connection terminals 3, 4 serve as an electrical connection interface between the internal components of the housing 15, more particularly said metal bars 12, 14, and the outside of the device 1.
  • the path of the first and second metal bars 12, 14 can advantageously substantially match the contours of the housing 15 and / or internal elements auditing housing, by folding said strips into a plurality of segments of appropriate dimensions and shapes, which allows a wide variety of configurations and limits the overall size of the assembly.
  • the metal strips 12, 14 can advantageously be fixed and / or guided in the housing 15 by means of simple mounts integral with said housing and forming for example U-shaped jumpers able to hold said bars by a mounting fitted or tight type elastic nip.
  • the first metal strip 12 and the second metal strip 14 are arranged to give the inter-electrode space 7 a flared shape, preferably V-shaped, which extends between a narrow zone 7A and a wide zone 7B.
  • connection terminals 3, 4 and therefore to the electrodes 5, 6 an electric arc initiated in the narrow zone 7A, that is to say in the zone where the isolation distance which separates the first and second electrode 5, 6 is substantially the shortest, will be blown along the branches of the V to the wide zone 7B.
  • the device 1 according to the invention is preferably provided with arc extinguishing means 16, such as a breaking chamber by fractionation.
  • the narrow zone 7A preferably has, as illustrated on the figure 2 , an extension formed by two parallel and rectilinear segments which extend respectively the first and the second electrode 5, 6. This arrangement advantageously makes it possible to accentuate the magnetic blowing of the arc.
  • the first one-piece member 12, respectively the second one-piece member 14, is integral with all or part of the first connection terminal 3, respectively of the second connection terminal 4.
  • the end the one-piece member 12, 14 may form a contact surface against which a stripped cable outside the housing may be plated, for example by means of a pressure screw.
  • the device 1 will also be provided with pre-triggering means adapted to promote the initiation of an electric arc between the electrodes 5, 6.
  • Said pre-triggering means may in particular comprise an auxiliary electrode adapted to to provoke an ionization or to show a disruptive discharge within the inter-electrode space 7 during the occurrence of overvoltages at the terminals 3, 4 of the device 1.
  • a first connection terminal 3 is formed and a second connection terminal 4 intended to allow the electrical connection of said device 1 to said electrical installation 2.
  • a first electrode and a second electrode 6 delimiting an inter-electrode gap 7 forming a spark gap are also produced.
  • first connection terminal 3 is electrically connected to said first electrode 5 by means of a first connection means 10.
  • second connection terminal 4 is connected to the second electrode 6 using a second connection means 11.
  • the manufacturing method comprises a step (a) of producing the first electrode in the course of which the first electrode 5 is produced mainly from a first material M1 and a step (b) of producing the first connecting means during which the first connection means 10 is made mainly from a second material M2.
  • a first substantially identical material M1 and a second material M2 are used.
  • the first electrode 5 and the first connection means 10 will be realized in one piece, to form a first monoblock member 12.
  • steps (a) and (b) will preferably be implemented on one and the same block of material.
  • steps (a) and (b) will comprise successive phases of folding or stamping in which it will progressively confer a single strip of metal sheet a suitable form.
  • Said steps (a) and (b) can then be carried out successively, in any order whatever, the step (a) for shaping the section of the metal strip 12 corresponding to the first electrode 5 while the step (b) will aim at shaping the section of said bar 12 corresponding to the first connection means 10.
  • Steps (a) and (b) may also be performed simultaneously, the first one-piece member 12 being made directly in a molding operation or plastic deformation of a blank or a billet (stamping or stamping).
  • the manufacturing method according to the invention also comprises a step (c) of producing the second electrode during which the second electrode 6 is made from a third material M3 and a step (d) of realization of the second connection means during which the second connection means 11 is made mainly from a fourth material M4 using during said steps (c) and (d) a third material M3 and a fourth material M4 substantially identical.
  • the second electrode 6 and the second connection means 11 can be made in one piece, so as to form a second monoblock member 14, by implementing steps (c). and (d) on one and the same block of material.
  • the manufacturing method according to the invention may also comprise a step (e) of producing an insulating housing 15, for example by injection molding two plastic cheeks, the housing 15 then being formed by the joining of said cheeks .
  • mounts for fixing and guiding the metal bars 12, 14 will be molded in one piece with one of the cheeks of said housing 15.
  • mounts for fixing and guiding the metal bars 12, 14 will be molded in one piece with one of the cheeks of said housing 15.
  • the protective device 1 according to the invention advantageously proves to be very simple and particularly economical to manufacture, while maintaining excellent performance in terms of the level of protection afforded to the electrical installation, discharge power and longevity.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Description

  • La présente invention se rapporte au domaine technique général des dispositifs de protection d'installations et d'équipements électriques contre les surtensions, notamment contre les surtensions dues à la foudre.
  • La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions comportant une première borne de raccordement et une seconde borne de raccordement destinées à permettre le raccordement électrique dudit dispositif à ladite installation électrique, une première électrode et une seconde électrode délimitant un espace inter-électrodes formant éclateur, ainsi qu'un premier moyen de connexion reliant électriquement ladite première borne de raccordement à ladite première électrode et un second moyen de connexion reliant électriquement ladite seconde borne de raccordement à ladite seconde électrode, la première électrode étant majoritairement constituée d'un premier matériau et le premier moyen de connexion étant majoritairement constitué d'un second matériau.
  • La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions au cours duquel on forme une première borne de raccordement et une seconde borne de raccordement destinées à permettre le raccordement électrique dudit dispositif à ladite installation électrique, au cours duquel on réalise une première électrode et une seconde électrode délimitant un espace inter-électrodes formant éclateur, et au cours duquel on relie électriquement ladite première borne de raccordement à ladite première électrode à l'aide d'un premier moyen de connexion, ainsi que ladite seconde borne de raccordement à ladite seconde électrode à l'aide d'un second moyen de connexion, ledit procédé comportant une étape (a) de réalisation de la première électrode au cours de laquelle on réalise la première électrode majoritairement à partir d'un premier matériau et une étape (b) de réalisation du premier moyen de connexion au cours de laquelle on réalise le premier moyen de connexion majoritairement à base d'un second matériau.
  • Il est connu d'utiliser des dispositifs de protection d'installations électriques afin de préserver ces dernières des surtensions, en particulier des surtensions transitoires provoquées par des phénomènes atmosphériques de foudre ou encore par des incidents de manoeuvres au niveau des réseaux.
  • Ces dispositifs de protection, généralement désignés par l'appellation « parafoudres » ou encore « parasurtenseurs », ont pour but essentiel d'écouler à la terre les courants de défaut et d'écrêter les surtensions à des valeurs compatibles avec la tenue de l'installation électrique et des équipements auxquels ils sont raccordés.
  • Les parafoudres connus peuvent être basés sur des technologies différentes selon la nature du composant de protection qu'ils mettent en oeuvre.
  • On connaît en particulier des parafoudres à éclateurs, c'est à dire utilisant en tant que composant de protection un dispositif comprenant deux électrodes placées en vis-à-vis, l'une étant connectée électriquement à la phase à protéger tandis que l'autre est connectée électriquement à la terre. Lesdites électrodes sont séparées par un intervalle isolant, formé par exemple par une lame de gaz, tel que de l'air, un corps diélectrique ou une combinaison de ces éléments.
  • Lorsque la tension électrique entre les deux électrodes atteint un niveau prédéterminé, il se produit un phénomène de claquage de l'isolant conduisant à l'amorçage d'un arc électrique entre lesdites électrodes. Ledit arc électrique crée un court-circuit qui permet l'écoulement du courant de défaut à la terre, ce qui a pour effet de protéger les équipements connectés en aval du parafoudre.
  • Par ailleurs, les parafoudres à éclateur connus comprennent généralement un boîtier isolant au sein duquel sont logées les électrodes, ledit boîtier étant pourvu de bornes de raccordement formant des interfaces de connexion électrique entre l'extérieur et l'intérieur du boîtier, afin de permettre le raccordement du parafoudre à l'installation électrique à protéger.
  • Afin d'assurer la liaison électrique entre chacune des bornes de raccordement et l'électrode qui lui est associée, les dispositifs de l'art antérieur sont usuellement pourvus de moyens de connexion, ou « plages de raccordement », qui peuvent se présenter par exemple sous la forme de plaques métalliques.
  • Un tel parafoudre est notamment divulgué par FR-A-2 843 243 par rapport auquel les préambules des revendications 1 et 10 sont définis.
  • De tels parafoudres à éclateurs, bien qu'ils procurent des résultats satisfaisants en matière de protection, souffrent cependant d'inconvénients non négligeables liés à la nature du matériau constitutif des électrodes.
  • En effet, les phénomènes d'arc électriques étant considérés comme particulièrement éprouvants pour les électrodes, notamment sur le plan thermique, les électrodes des dispositifs de l'art antérieur sont constituées d'alliages très résistants, susceptibles de tolérer des températures de l'ordre de 2000°C. Ces alliages, usuellement à base majoritairement de tungstène, sont particulièrement coûteux et difficiles à mettre en oeuvre. Les électrodes réalisées dans ces matériaux sont donc particulièrement chères et complexes à fabriquer, et représentent par conséquent une partie significative du prix de revient du parafoudre.
  • Afin de limiter le coût de fabrication ainsi engendré, il est connu de réserver strictement l'usage des alliages à base de tungstène aux seules électrodes et de réaliser les plages de raccordement, de formes généralement plus complexes, dans un matériau à la fois meilleur marché et plus simple à travailler. Ainsi, les plages de raccordement des parafoudres de l'art antérieur sont-elles généralement réalisées à partir d'alliages à base majoritairement de cuivre, tels que le laiton, ou encore de fer, tel que l'acier.
  • Un tel agencement implique la réalisation d'une liaison électrique entre chaque plage de raccordement et l'électrode qui lui est associée. Généralement, ladite liaison est réalisée par brasage. Or, non seulement l'opération de brasage engendre intrinsèquement un surcoût de production, mais encore elle augmente, du fait de sa complexité de mise en oeuvre, le taux de rebut lors de la production. Par ailleurs, le procédé de brasage est gourmand en énergie et fait souvent appel à des matériaux polluants, si bien qu'il peut se révéler défavorable à l'environnement.
  • Les objets assignés à l'invention visent par conséquent à porter remède aux différents inconvénients énumérés précédemment, et à proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions qui soit de conception particulièrement simple et qui présente un prix de revient optimisé.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un dispositif de protection contre les surtensions dont la fabrication soit particulièrement respectueuse de l'environnement.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection contre les surtensions qui soit particulièrement adapté à la protection d'installations électriques contre les chocs de foudre indirects.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un procédé de fabrication d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions qui soit particulièrement simple à mettre en oeuvre et peu coûteux.
  • Enfin, un autre objet de l'invention vise à proposer un procédé de fabrication d'un dispositif de protection contre les surtensions qui soit particulièrement respectueux de l'environnement.
  • Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions comportant une première borne de raccordement et une seconde borne de raccordement destinées à permettre le raccordement électrique dudit dispositif à ladite installation électrique, une première électrode et une seconde électrode délimitant un espace inter-électrodes formant éclateur, ainsi qu'un premier moyen de connexion reliant électriquement ladite première borne de raccordement à ladite première électrode et un second moyen de connexion reliant électriquement ladite seconde borne de raccordement à ladite seconde électrode, la première électrode étant majoritairement constituée d'un premier matériau et le premier moyen de connexion étant majoritairement constitué d'un second matériau, caractérisé en ce que le premier matériau et le second matériau sont sensiblement identiques
  • Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un procédé de fabrication d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions au cours duquel on forme une première borne de raccordement et une seconde borne de raccordement destinées à permettre le raccordement électrique dudit dispositif à ladite installation électrique, au cours duquel on réalise une première électrode et une seconde électrode délimitant un espace inter-électrodes formant éclateur, et au cours duquel on relie électriquement ladite première borne de raccordement à ladite première électrode à l'aide d'un premier moyen de connexion, ainsi que ladite seconde borne de raccordement à ladite seconde électrode à l'aide d'un second moyen de connexion, ledit procédé comportant une étape (a) de réalisation de la première électrode au cours de laquelle on réalise la première électrode majoritairement à partir d'un premier matériau et une étape (b) de réalisation du premier moyen de connexion au cours de laquelle on réalise le premier moyen de connexion majoritairement à partir d'un second matériau, caractérisé en ce que l'on utilise, au cours desdites étapes (a) et (b), un premier matériau et un second matériau sensiblement identiques.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus en détails à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide des dessins annexés fournis à titre purement illustratifs et non limitatifs, parmi lesquels :
    • La figure 1 illustre une représentation schématique du raccordement d'un dispositif de protection conforme à l'invention à une installation électrique à protéger.
    • La figure 2 illustre, selon une vue en coupe longitudinale simplifiée, une variante de réalisation d'un dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention.
  • Le dispositif de protection 1 d'une installation électrique 2 contre les surtensions conforme à l'invention est destiné à être branché en dérivation (« en parallèle ») sur ladite installation électrique 2 à protéger.
  • L'expression « installation électrique » fait référence à tous types d'appareils ou réseaux alimentés électriquement et susceptibles de subir des perturbations de tension, notamment des surtensions transitoires dues à la foudre. Le dispositif de protection 1 peut donc avantageusement constituer un parafoudre.
  • Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention est notamment destiné à être disposé entre une phase de l'installation 2 à protéger et la terre. Il est par ailleurs envisageable, sans pour autant sortir du cadre de l'invention, que le dispositif 1 soit branché entre le neutre et la terre, entre la phase et le neutre, ou encore entre deux phases pour réaliser une protection différentielle.
  • Afin de permettre le raccordement électrique du dispositif 1 à l'installation électrique 2, ledit dispositif comporte une première borne de raccordement 3 et une seconde borne de raccordement 4.
  • Lesdites bornes de raccordement peuvent notamment se présenter sous forme de cosses, de brides élastiques ou d'ensembles vis-cage métallique, typiquement destinés à venir en prise sur l'extrémité d'un câble, sur un bornier, ou encore sur un rail conducteur relié à l'installation électrique 2.
  • Selon l'invention, le dispositif de protection 1 comporte également une première électrode 5 et une seconde électrode 6 délimitant un espace inter-électrodes 7 formant éclateur.
  • L'espace inter-électrodes 7 est de préférence formé par un matériau isolant, tel qu'un gaz ou un corps diélectrique. De façon particulièrement préférentielle, l'espace inter-électrode 7 est rempli d'air, le recours à ce gaz en tant qu'élément isolant étant en effet particulièrement économique.
  • Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention comporte également un premier moyen de connexion 10 qui relie électriquement la première borne de raccordement 3 à la première électrode 5, ainsi qu'un second moyen de connexion 11 qui relie électriquement la seconde borne de raccordement 4 à la seconde électrode 6.
  • La première électrode 5 étant majoritairement constituée d'un premier matériau M1 et le premier moyen de connexion 10 étant majoritairement constitué d'un second matériau M2, ledit premier matériau M1 et ledit second matériau M2 sont, selon une caractéristique importante de l'invention, sensiblement identiques.
  • De manière analogue, la seconde électrode 6 étant majoritairement constituée d'un troisième matériau M3 et le second moyen de connexion 11 étant majoritairement constitué d'un quatrième matériau M4, le troisième matériau M3 et le quatrième matériau M4 sont de préférence sensiblement identiques.
  • De façon particulièrement préférentielle, le premier, le second, le troisième et le quatrième matériau M1, M2, M3, M4 sont tous sensiblement identiques.
  • Par « majoritairement constitué d'un matériau », on indique que les électrodes 5, 6, respectivement les moyens de connexion 10, 11, sont chacun formés à plus de 50 %, en volume ou en poids, dans un matériau particulier, pur ou allié.
  • Il est notamment envisageable, sans sortir du cadre de l'invention, que la première électrode 5, respectivement la seconde électrode 6, présente une structure multicouches comportant une âme majoritaire (en poids et/ou en volume) réalisée dans le premier matériau M1, respectivement dans le troisième matériau M3, ladite âme étant revêtue d'une fine couche d'un autre matériau.
  • Toutefois, de façon particulièrement préférentielle, chaque électrode 5, 6, respectivement chaque moyen de connexion 10, 11 sera formé intégralement dans un matériau homogène.
  • Par « matériaux sensiblement identiques », on désigne des matériaux, notamment des alliages métalliques, dont la composition chimique est très proche et de préférence identique.
  • Ainsi, selon l'invention, la première électrode 5 et le premier moyen de connexion 10, respectivement la seconde électrode 6 et le second moyen de connexion 11, comportent une base majoritaire chimiquement commune, et présentent de préférence des compositions exactement identiques.
  • De façon préférentielle, le dispositif de protection conforme à l'invention utilise principalement, de préférence exclusivement, des premier, second, troisième et quatrième matériaux M1, M2, M3, M4 ne contenant qu'une très faible proportion de tungstène, et de façon particulièrement préférentielle ne contenant pas de tungstène.
  • Ainsi, il est possible de réaliser les électrodes 5, 6 dans un alliage bon marché ce qui réduit le coût de fabrication du dispositif 1.
  • En particulier, le premier et le second matériau M1, M2, et/ou respectivement le troisième et le quatrième matériau M3, M4, peuvent être à base majoritairement de cuivre, et de façon encore plus préférentielle consister en un alliage de type laiton.
  • Selon une variante de réalisation, le premier et le second matériau M1, M2, et/ou respectivement le troisième et le quatrième matériau M3, M4 peuvent être à base majoritairement de fer, et de façon encore plus préférentielle consister en un alliage de type acier.
  • Il est remarquable que, allant à l'encontre des usages établis, les inventeurs ont mis en évidence par des calculs théoriques et des essais pratiques que le recours à des alliages de tungstène pour former les électrodes 5, 6 n'était pas véritablement indispensable.
  • Ceci s'est révélé particulièrement applicable aux parafoudres destinés à écouler des courants de défaut résultant d'une exposition indirecte à la foudre.
  • Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention peut donc avantageusement constituer un parafoudre de Type 2 au sens de la norme IEC 61643-1.
  • En particulier, les inventeurs ont pu établir et vérifier que les énergies électriques et thermiques mises en jeu au sein de parafoudres de Type 2 sont parfaitement compatibles avec l'emploi d'alliages bon marché, exempts de tungstène, pour former les électrodes d'éclateurs destinés à assurer une telle fonction de protection contre les chocs de foudre indirects.
  • Selon une variante de réalisation particulièrement préférentielle, la première électrode 5 est venue de matière avec le premier moyen de connexion 10 de manière à former un premier organe monobloc 12.
  • De même, la seconde électrode 6 est de préférence venue de matière avec le second moyen de connexion 11 de manière à former un second organe monobloc 14.
  • Avantageusement, un tel agencement sous forme d'organes monoblocs permet de supprimer les zones de jonction ordinairement rendues volumineuses par la superposition des éléments à fixer (électrode 5, 6 et moyen de connexion 10, 11) et/ou l'adjonction de moyens de fixation rapportés. En particulier, le dispositif 1 conforme à l'invention ne requiert ainsi aucunement l'utilisation de rivets, vis ou métaux d'apport pour relier chaque électrode à son moyen de connexion respectif, ce qui contribue à réduire l'encombrement hors-tout dudit dispositif et à le faire gagner en compacité. De plus, cette solution permet de s'affranchir d'opérations d'assemblage délicates et coûteuses.
  • De préférence, le premier organe monobloc 12 est formé par une première barrette métallique.
  • De même, le second organe monobloc 14 est de préférence formé respectivement par une seconde barrette métallique.
  • Dans ce qui suit, on assimilera les organes monoblocs 12, 14 à des barrettes métalliques, sans que cela ne constitue une limitation de l'invention.
  • De façon particulièrement avantageuse, l'utilisation de barrettes métalliques, notamment lorsqu'elles se présentent sous la forme de languettes d'épaisseur relativement faible, facilite la mise en forme des électrodes 5, 6 comme des moyens de connexion 10, 11. A titre d'exemple, on peut en effet envisager de recourir à de simples opérations de pliage pour définir et configurer les différents tronçons d'une même barrette qui correspondent respectivement à l'électrode et au moyen de connexion.
  • Bien entendu, le dimensionnement de la première et celui de la seconde barrette métallique 12, 14 dépendent d'une part de l'espace disponible pour réaliser le dispositif 1 et d'autre part de la quantité d'énergie que devra pouvoir supporter ledit dispositif lors de l'écoulement de courants de défaut.
  • De préférence, la première et/ou la seconde barrette métallique 12, 14 présenteront une épaisseur e comprise entre 0,5 et 2 mm, et de façon particulièrement préférentielle entre 1 et 1,5 mm.
  • Il est remarquable que de telles épaisseurs se sont notamment révélées parfaitement compatibles avec le fonctionnement durable d'un dispositif de protection conforme à l'invention en tant que parafoudre de Type 2.
  • Selon une variante de réalisation préférentielle illustrée sur la figure 2, le dispositif conforme à l'invention comporte un boîtier isolant 15 au sein duquel sont montées la première et la seconde barrette métallique 12, 14, ainsi que les bornes de raccordement 3, 4.
  • La première et la seconde borne de raccordement 3, 4 font alors office d'interface de liaison électrique entre les composants internes au boîtier 15, plus particulièrement lesdites barrettes métalliques 12, 14, et l'extérieur du dispositif 1.
  • Tel que cela est illustré sur la figure 2, le cheminement des première et seconde barrettes métalliques 12, 14 peut avantageusement épouser sensiblement les contours du boîtier 15 et/ou des éléments internes audit boîtier, grâce à un pliage desdites barrettes en une pluralité de segments de dimensions et de formes appropriées, ce qui autorise une grande variété de configurations et limite l'encombrement de l'ensemble.
  • De surcroît, les barrettes métalliques 12, 14 peuvent avantageusement être fixées et/ou guidées dans le boîtier 15 à l'aide de simples montures venues de matière avec ledit boîtier et formant par exemple des cavaliers en U aptes à maintenir lesdites barrettes par un montage ajusté ou serré de type pincement élastique.
  • Selon une variante de réalisation préférentielle illustrée sur la figure 2, la première barrette métallique 12 et la seconde barrette métallique 14 sont agencées de manière à conférer à l'espace inter-électrodes 7 une forme évasée, de préférence en forme de V, qui s'étend entre une zone étroite 7A et une zone large 7B.
  • Ainsi, lorsqu'une surtension est appliquée aux bornes de raccordement 3, 4 et par conséquent aux électrodes 5, 6, un arc électrique amorcé dans la zone étroite 7A, c'est-à-dire dans la zone où la distance d'isolement qui sépare la première et la seconde électrode 5, 6 est sensiblement la plus courte, va être soufflé le long des branches du V vers la zone large 7B.
  • Bien que l'augmentation d'impédance inhérente à l'allongement de l'arc électrique lors dudit soufflage puisse suffire à l'extinction dudit arc, le dispositif 1 conforme à l'invention est de préférence pourvu de moyens d'extinction d'arc 16, telle qu'une chambre de coupure par fractionnement.
  • Par ailleurs, la zone étroite 7A présente de préférence, tel que cela est illustré sur la figure 2, une extension formée par deux segments parallèles et rectilignes qui prolongent respectivement la première et la seconde électrode 5, 6. Cette disposition permet avantageusement d'accentuer le soufflage magnétique de l'arc.
  • Selon une variante de réalisation, le premier organe monobloc 12, respectivement le second organe monobloc 14, est venu de matière avec tout ou partie de la première borne de raccordement 3, respectivement de la seconde borne de raccordement 4. En particulier, l'extrémité de l'organe monobloc 12, 14 peut former une surface de contact contre laquelle un câble dénudé extérieur au boîtier est susceptible d'être plaqué, par exemple à l'aide d'une vis de pression.
  • De façon préférentielle, le dispositif 1 sera également pourvu d'un moyen de pré-déclenchement apte à favoriser l'amorçage d'un arc électrique entre les électrodes 5, 6. Ledit moyen de pré-déclenchement pourra notamment comporter une électrode auxiliaire apte à provoquer une ionisation ou faire apparaître une décharge disruptive au sein de l'espace inter-électrodes 7 lors de l'apparition de surtensions aux bornes 3, 4 du dispositif 1.
  • Un procédé de fabrication d'un dispositif de protection 1 d'une installation électrique contre les surtensions conformes à l'invention va maintenant être brièvement décrit.
  • Au cours dudit procédé de fabrication, on forme une première borne de raccordement 3 et une seconde borne de raccordement 4 destinée à permettre le raccordement électrique dudit dispositif 1 à ladite installation électrique 2.
  • On réalise également une première électrode et une seconde électrode 6 délimitant un espace inter-électrodes 7 formant éclateur.
  • Au cours de ce procédé de fabrication, on relie électriquement ladite première borne de raccordement 3 à ladite première électrode 5 à l'aide d'un premier moyen de connexion 10. De même, on relie la seconde borne de raccordement 4 à la seconde électrode 6 à l'aide d'un second moyen de connexion 11.
  • Selon l'invention, le procédé de fabrication comporte une étape (a) de réalisation de la première électrode au cours de laquelle on réalise la première électrode 5 majoritairement à partir d'un premier matériau M1 et une étape (b) de réalisation du premier moyen de connexion au cours de laquelle on réalise le premier moyen de connexion 10 majoritairement à partir d'un second matériau M2.
  • Selon une caractéristique importante de l'invention, on utilise, au cours desdites étapes (a) et (b) un premier matériau M1 et un second matériau M2 sensiblement identiques.
  • De préférence, on choisira comme premier et second matériau M1, M2 du cuivre ou un alliage de cuivre majoritaire, tel qu'un laiton, ou encore un alliage de fer majoritaire, tel qu'un acier.
  • De façon particulièrement préférentielle, on réalisera, lors des étapes (a) de réalisation de la première électrode et (b) de réalisation du premier moyen de connexion, la première électrode 5 et le premier moyen de connexion 10 d'un seul tenant, de manière à former un premier organe monobloc 12.
  • En d'autres termes, on mettra de préférence en oeuvre les étapes (a) et (b) sur un seul et même bloc de matière.
  • Par exemple, les étapes (a) et (b) comporteront des phases successives de pliage ou d'emboutissage au cours desquelles on confèrera progressivement à une unique bande de tôle métallique une forme idoine.
  • Lesdites étapes (a) et (b) pourront alors être réalisées successivement, dans un ordre éventuellement quelconque, l'étape (a) visant à mettre en forme le tronçon de la barrette métallique 12 correspondant à la première électrode 5 tandis que l'étape (b) aura pour objectif la mise en forme du tronçon de ladite barrette 12 correspondant au premier moyen de connexion 10.
  • Les étapes (a) et (b) pourront également être réalisées simultanément, le premier organe monobloc 12 étant réalisé directement en une opération de moulage ou de déformation plastique d'un flan ou d'un lopin (emboutissage ou matriçage).
  • De préférence, le procédé de fabrication conforme à l'invention comprend également une étape (c) de réalisation de la seconde électrode au cours de laquelle on réalise la seconde électrode 6 à partir d'un troisième matériau M3 et une étape (d) de réalisation du second moyen de connexion au cours de laquelle on réalise le second moyen de connexion 11 majoritairement à partir d'un quatrième matériau M4 en utilisant au cours desdites étapes (c) et (d) un troisième matériau M3 et un quatrième matériau M4 sensiblement identiques.
  • De manière analogue à ce qui a été décrit précédemment, on peut réaliser d'un seul tenant la seconde électrode 6 et le second moyen de connexion 11, de manière à former un second organe monobloc 14, en mettant en oeuvre les étapes (c) et (d) sur un seul et même bloc de matière.
  • Le procédé de fabrication conforme à l'invention pourra également comprendre une étape (e) de réalisation d'un boîtier isolant 15, par exemple par moulage par injection de deux joues en matière plastique, le boîtier 15 étant alors formé par la réunion desdites joues.
  • De préférence, lors de cette étape (e), des montures destinées à la fixation et au guidage des barrettes métalliques 12, 14 seront moulées d'un seul tenant avec l'une des joues dudit boîtier 15. Ainsi, il sera possible de monter facilement les composants constitutifs du dispositif 1 dans le boîtier 15 ouvert, notamment les barrettes métalliques 12, 14, en bénéficiant à la fois d'un accès latéral bien dégagé à la partie interne dudit boîtier 15 et de moyens de fixation simples et rapides à mettre en oeuvre.
  • Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention s'avère avantageusement être d'une grande simplicité et particulièrement économique à fabriquer, tout en conservant d'excellentes performances en termes de niveau de protection conféré à l'installation électrique, de pouvoir de décharge et de longévité.
  • De plus, la fabrication d'un tel dispositif conforme à l'invention est particulièrement respectueuse de l'environnement dans la mesure où elle permet d'économiser de la matière, de l'énergie et où elle ne nécessite pas l'emploi de matériaux toxiques.
  • Ainsi, les bilans tant économique qu'environnemental de la fabrication d'un dispositif conforme à l'invention se révèlent particulièrement avantageux.

Claims (11)

  1. Dispositif de protection (1) d'une installation électrique (2) contre les surtensions comportant une première borne de raccordement (3) et une seconde borne de raccordement (4) destinées à permettre le raccordement électrique dudit dispositif (1) à ladite installation électrique (2), une première électrode (5) et une seconde électrode (6) délimitant un espace inter-électrodes (7) formant éclateur, ainsi qu'un premier moyen de connexion (10) reliant électriquement ladite première borne de raccordement (3) à ladite première électrode (5) et un second moyen de connexion (11) reliant électriquement ladite seconde borne de raccordement (4) à ladite seconde électrode (6), la première électrode (5) étant majoritairement constituée d'un premier matériau (M1) et le premier moyen dé connexion (10) étant majoritairement constitué d'un second matériau (M2), caractérisé en ce que le premier matériau (M1) et le second matériau (M2) sont sensiblement identiques.
  2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la seconde électrode (6) étant majoritairement constituée d'un troisième matériau (M3) et le second moyen de connexion (11) étant majoritairement constitué d'un quatrième matériau (M4), le troisième matériau (M3) et le quatrième matériau (M4) sont sensiblement identiques.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la première électrode (5) est venue de matière avec le premier moyen de connexion (10) de manière à former un premier organe monobloc (12) et/ou en ce que la seconde électrode (6) est venue de matière avec le second moyen de connexion (11) de manière à former un second organe monobloc (14).
  4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le premier et le second matériau (M1, M2), et/ou respectivement le troisième et le quatrième matériau (M3, M4), sont à base majoritairement de cuivre, et de préférence consistent en un laiton.
  5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le premier et le second matériau (M1, M2), et/ou respectivement le troisième et le quatrième matériau (M3, M4), sont à base majoritairement de fer, et de préférence consistent en un acier.
  6. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le premier organe monobloc (12), et/ou respectivement le second organe monobloc (14), est formé par une première barrette métallique, respectivement une seconde barrette métallique.
  7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que la première et/ou la seconde barrette métallique présente une épaisseur e comprise entre 0,5 et 2 mm, et de préférence entre 1 et 1,5 mm.
  8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7 caractérisé en ce que la première barrette métallique et la seconde barrette métallique sont agencées de manière à conférer à l'espace inter-électrode (7) une forme évasée, de préférence en forme de V.
  9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il constitue un parafoudre de Type 2 au sens de la norme IEC 61643-1.
  10. Procédé de fabrication d'un dispositif de protection (1) d'une installation électrique (2) contre les surtensions au cours duquel on forme une première borne de raccordement (3) et une seconde borne de raccordement (4), destinées à permettre le raccordement électrique dudit dispositif à ladite installation électrique (2), au cours duquel on réalise une première électrode (5) et une seconde électrode (6) délimitant un espace inter-électrodes (7) formant éclateur, et au cours duquel on relie électriquement ladite première borne de raccordement (3) à ladite première électrode (5) à l'aide d'un premier moyen de connexion (10), ainsi que ladite seconde borne de raccordement (4) à ladite seconde électrode (6) à l'aide d'un second moyen de connexion (11), ledit procédé comportant une étape (a) de réalisation de la première électrode au cours de laquelle on réalise la première électrode (5) majoritairement à partir d'un premier matériau (M1) et une étape (b) de réalisation du premier moyen de connexion au cours de laquelle on réalise le premier moyen de connexion (10) majoritairement à partir d'un second matériau (M2), caractérisé en ce que l'on utilise, au cours desdites étapes (a) et (b), un premier matériau (M1) et un second matériau (M2) sensiblement identiques.
  11. Procédé de fabrication selon la revendication 10 caractérisé en ce que, lors des étapes (a) de réalisation de la première électrode et (b) de réalisation du premier moyen de connexion, on réalise d'un seul tenant la première électrode (5) et le premier moyen de connexion (10), de manière à former un premier organe monobloc (12).
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