EP2449570A1 - Module de protection contre les surtensions et ensemble de protection comportant un tel module - Google Patents

Module de protection contre les surtensions et ensemble de protection comportant un tel module

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EP2449570A1
EP2449570A1 EP10734155A EP10734155A EP2449570A1 EP 2449570 A1 EP2449570 A1 EP 2449570A1 EP 10734155 A EP10734155 A EP 10734155A EP 10734155 A EP10734155 A EP 10734155A EP 2449570 A1 EP2449570 A1 EP 2449570A1
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EP
European Patent Office
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thermal separator
protection module
melting
thermal
varistor
Prior art date
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EP10734155A
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German (de)
English (en)
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EP2449570B1 (fr
Inventor
Eric Domejean
Frédéric Court
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Publication date
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Publication of EP2449570B1 publication Critical patent/EP2449570B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/10—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess voltage, e.g. for lightning protection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/20—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition

Definitions

  • the invention relates to a surge protection module intended to be connected to an electrical breaking device via mechanical actuation means.
  • Said module comprises at least one varistor mechanically connected to mobile drive means by a first thermal separator. The melting of the first thermal separator in the event of heating of the varistor releases the displacement of the mobile drive means to act on the mechanical actuation means.
  • Said first thermal separator comprises a first melting time constant and a first melting temperature
  • the invention also relates to an overvoltage protection assembly comprising a protection module and comprising a breaking device.
  • an overvoltage protection device comprising an overvoltage limiter with variable non-linear elements with the voltage with an electrical switching device actuated by an actuating mechanism.
  • the surge protector and the electrical cut-off device are connected in series.
  • the electrical breaking device can adopt a trigger position and a latching position respectively corresponding to the open state and the closed state of the electrical contacts.
  • a tripping circuit cooperates with the actuating mechanism to cause the displacement of the contacts of the disconnection device to the open state especially in the event of destruction of the surge protector, especially at the end of life of said non-linear elements.
  • the surge limiter including a varistor connected to a separator thermal. In case of overheating of the varistor due to a malfunction, the melting of the thermal separator acts directly on the actuating mechanism and causes the opening of the electrical contacts of the electrical breaking device.
  • the thermal separator is placed in an environment of the varistor and heats by indirect conduction.
  • Indirect conduction means that the thermal separator is not crossed by the electric current flowing through the varistor.
  • direct conduction is meant that the thermal separator is traversed by an electric current.
  • the use of a thermal separator which is heated, in particular by indirect conduction sometimes has disadvantages. Calibration of the thermal separator in thermal baths of choice of material and thermal of volume of material used to make the separator is binding.
  • the thermal separator is generally calibrated to melt following heating of the varistor which is traversed by leakage currents.
  • this same thermal separator is not intended to melt when the varistor heats up following a lightning strike. In case of melting of the thermal separator following a lightning shock would result in unavailability of the surge arrester for future lightning strikes, the latter situation is not desirable.
  • a control kinematic chain comprising a plurality of mechanical means such as transmission shafts or rods.
  • the use of this kinematic control system has the disadvantage of complicating the implementation of the protection device.
  • TOV Temporal Over Voltage
  • the fault current resulting from a TOV causes also a heating of the varistor detected by a thermal separator.
  • the amplitude of the fault current is in this case much greater than in the case of leakage current due to the aging of the varistor.
  • This thermal separator must then theoretically intervene with a relatively short time constant (a few seconds) to counter the influence of TOV and with a relatively long time constant (a few minutes or even a few hours) to counter the defect of the generating varistor. low leakage currents.
  • this thermal separator must not intervene in the presence of lightning shock.
  • the invention therefore aims to overcome the disadvantages of the state of the art, so as to provide a device for protection against overvoltages and having protection means adapted to problems related to TOV (Temporary Over Voltage).
  • Said at least one varistor of the protection module according to the invention is mechanically connected to the drive means by a second thermal separator, the melting of the second thermal separator in case of heating of the varistor releasing the displacement of the drive means mobile, said second thermal separator having a second melting time constant and a second melting temperature, the second melting temperature being greater than the first melting temperature, and the first melting time constant being greater than the second melting constant. melting time.
  • the protection module comprises elastic means providing a displacement force for moving the drive means from a first position the armed position to a trigger position, the means of driving being mechanically retained in the armed position by said first and second thermal separators, the fusion of one of the two thermal separators releasing the displacement of the drive means.
  • the first thermal separator and the second thermal separator exert respectively a first and a second retaining forces on the drive means, said retaining forces acting in series on the drive means.
  • the fusion of a thermal separator successively causes the cancellation of one of the retained forces and the release of the displacement of the drive means.
  • the two retaining forces are respectively greater than the displacement force.
  • the first thermal separator and the second thermal separator respectively exert a first and a second retaining forces on the drive means, said retaining forces acting in parallel manner on the drive means.
  • the melting of a thermal separator successively causes the cancellation of one of the two holding forces, the cancellation of the other holding force and the displacement of the drive means.
  • the retaining forces are respectively less than the displacement force.
  • the second thermal separator comprises a second melting temperature lower than the maximum operating temperature of the varistor and greater than the temperature of heating of the varistor after a lightning strike type 10/350.
  • the second thermal separator comprises a melting temperature having a value equal to 195 ° Celsius degrees plus or minus 25 °.
  • the first thermal separator comprises a first melting temperature lower than the maximum tolerated temperature of the protection device reduced to level of the varistor.
  • the first thermal separator fuse connection has a melting temperature of value equal to 125 degrees Celsius plus or minus
  • the first melting time constant is at least five times greater than the second melting time constant.
  • the first thermal separator is a pin made of plastic material.
  • the second thermal separator is a low temperature weld.
  • said at least one protection module comprises coding means intended to collaborate with the breaking device.
  • the surge protection assembly comprises a protection module as defined above and comprises an electrical switching device comprising inputs intended to be connected to a line to be protected, main contacts controlled by a tripping mechanism, and outputs connected to the overvoltage protection module.
  • the mechanical actuation means of said module are interconnected with the triggering means for actuating the opening of the main contacts.
  • FIG. 1 and 2 show schematic views of a protection assembly according to one embodiment of the invention
  • FIG. 3 represents a perspective view of a protection module of an overvoltage protection assembly according to FIG. 1;
  • FIGS. 4 to 6 show detailed views of the operation of the protection module according to FIG. 2;
  • FIG. 7 represents a side view of an embodiment of the protection module according to FIG. 3;
  • FIG. 8 represents a perspective view of an embodiment of the protection module according to FIG. 3;
  • FIG. 9 represents a heating curve of the protection module in the event of rapid heating, linked in particular to the presence of a TOV;
  • FIG. 10 shows a heating curve of the protection module in case of lightning shock
  • FIG. 11 shows a heating curve of the protection module in case of slow heating.
  • the overvoltage protection assembly comprises at least one protection module 20 intended to be connected to an electric switching device 21 via mechanical actuation means 33.
  • the overcurrent protection assembly 20 is intended to be connected between on the one hand at least one current line via at least one first connection terminal 22 placed upstream of the cut-off device 21 and, on the other hand, to earth via at least one connector 6 of the protection module 20.
  • the cut-off device 21 comprises at least one second connection terminal 25A downstream intended to be connected to the connection terminal 25B to the protection module 20.
  • the protection module 20 comprises at least one varistor 1 comprising at least one terminal connected to a terminal terminal 25B of the protection module 20 and a second terminal connected to a connector 6.
  • Said at least one varistor is mechanically connected to moving drive means.
  • Said drive means are connected to the mechanical actuation means 33 are intended to actuate a trigger mechanism 24 of the switchgear 21 in case of malfunction of the varistor 1.
  • the trigger mechanism 24 of the switchgear 21 then actuates the opening of the electrical contacts 23.
  • the overvoltage protection assembly comprises a four-pole cut-off device 21.
  • the protection module 20 of said protection assembly then comprises four varistors 1 connected respectively to a pole of the breaking device 21.
  • said at least one varistor 1 of the protection module is mechanically connected to moving drive means 10 by a first thermal separator P1.
  • the melting of the first thermal separator P1 in the event of heating of the varistor releases the displacement of the moving drive means.
  • the displacement of the drive means 10 is intended to act on the mechanical actuating means 33 and cause the opening of the electrical contacts 23 of the switchgear 21.
  • the first thermal separator P1 is fixed on the one hand to the varistor 1 and on the other hand to a pivoting arm 11 of the drive means
  • the pivoting arm 11 is mechanically held by the first thermal separator P1 in a first operating position, called the armed position.
  • Elastic means 12 exert a displacement force Fd on the pivoting arm 11.
  • the displacement force Fd is intended to cause the pivoting arm 11 to move in a second operating position in case of melting of the first thermal separator P1.
  • the first thermal separator P1 exerts a first retention force Fr1 on the drive means 10. The melting of the first thermal separator P1 causes the rupture of a mechanical connection between the first separator P1 and the pivoting arm
  • the first restraining force FR1 being null, under the action of the force of Fd displacement, said arm pivots about an axis of rotation 13 from the armed position to the second operating position, called trigger position.
  • the rotation of the axis of rotation 13 acts on the mechanical actuating means 33.
  • Said first thermal separator P1 comprises a first melting temperature T1 and a first melting time constant ⁇ 1.
  • the first melting temperature T1 of the first thermal separator P1 is determined so as to be lower than the maximum temperature TmaxB tolerated at the outer surfaces of the housing of the protection module 20 brought to the level of the first thermal separator P1.
  • the maximum temperature tolerated at the outer surfaces of the housing is usually set by standards. This temperature is for example equal to 120 degrees Celsius. This maximum temperature brought back to the level of the first thermal separator P1 placed inside the housing makes it possible to establish a first criterion for determining the first melting temperature T1.
  • the first melting temperature T1 of the first thermal separator P1 is determined so as to be less than the maximum temperature of heating reached by the varistor 10 in the event of malfunction.
  • the malfunction is for example related to the aging of the varistor, aging causing a start of short circuit. This heating of the varistor makes it possible to establish a second criterion for determining the first melting temperature T1.
  • the first melting temperature T1 of value equal to 125 ° C degrees plus or minus 15 ° C.
  • Melting time constant means a homogeneous quantity at a time characterizing the speed for a system studied to reach a melting temperature under system operating conditions.
  • the time constant is often related to the response of the studied system to an instantaneous disturbance.
  • the constant of fusion time ⁇ 1 is dependent on the architecture of the protection module 20 and in particular the position of the first thermal separator P1 with respect to the varistor 10, the nature of the material used to produce said separator, and also of its overall geometry. As shown in FIG. Figure 10, in the event of a lightning strike, heating of the first thermal separator P1 placed in the housing of the protection device reaches a maximum temperature after a time of about 25 seconds.
  • the first curve C1 represents the heating curve of the first thermal separator P1 and the second curve C2 represents the heating curve of the second thermal separator P2.
  • the first thermal separator P1 does not reach its melting point T1 in the event of a lightning strike.
  • the third curve C3 theoretically represents heating of the varistor in the event of a lightning strike, particularly in the case of a 10/350 type shock.
  • the first melting time constant ⁇ 1 is equal to 5 seconds.
  • the first thermal separator P1 consists of a pin of plastic material.
  • the displacement force Fd exerted by the elastic means 12 via the pivoting arm 11 of the drive means 10 then applies a shear force to said pin.
  • the displacement force Fd exerted by the elastic means may apply a tensile force on said pin.
  • heating of the first thermal separator P1 is by indirect conduction. According to a variant not shown, heating of the first thermal separator P1 is by direct conduction, the first thermal separator then being crossed by the electric current which passes through the varistor 1.
  • the varistor 1 is connected to the drive means 10 by a second thermal separator P2.
  • the melting of the second thermal separator P2 in the event of heating of the varistor 1 releases the displacement of the moving drive means 10.
  • the displacement of the drive means 10 is intended to act on the mechanical actuating means 33 and cause the opening of the electrical contacts 23 of the switchgear 21.
  • the second thermal separator P2 is fixed on the one hand to the varistor and is fixed on the other hand to the pivoting arm 11 of the drive means 10 mobile.
  • the pivot arm 11 is mechanically held by the second thermal separator P2 in the armed position.
  • Elastic means 12 exert a displacement force Fd on the pivoting arm 11.
  • the displacement force Fd is intended to cause the pivoting arm 11 to move in a second operating position in case of melting of the second thermal separator P2.
  • the second thermal separator P2 exerts a second retention force Fr2 on the drive means 10.
  • the melting of the second thermal separator P2 causes the rupture of a mechanical link between said separator P2 and the pivoting arm 11. Under the action of the displacement force Fd, said arm pivots about an axis of rotation 13 from the armed position to the release position.
  • the rotation of the axis of rotation 13 acts on the mechanical actuating means 33.
  • Said second thermal separator P2 comprises a second melting temperature T2 and a second melting time constant ⁇ 2.
  • the second melting temperature T2 of the second thermal separator P2 depends on three criteria. First, said second melting temperature T2 is determined to be less than the maximum operating temperature TmaxV supported by the varistor 1.
  • the maximum permissible temperature TmaxV is an intrinsic characteristic of the component and is for example equal to 260 ° Celsius.
  • the second melting temperature T2 of the second thermal separator P2 is determined so as to be greater than the temperature of heating reached by the varistor in the event of a lightning strike, in particular lightning strikes of the 10/350 type.
  • the second melting temperature T2 of the second thermal separator P2 is determined so as to be less than the temperature of heating of the varistor 1 reached following a TOV type defect.
  • the second a melting temperature T2 has a value equal to 195 ° Celsius plus or minus 25 ° C.
  • heating of the second thermal separator P2 placed in the housing of the protection module 20 reaches a maximum temperature after a time of about 5 seconds.
  • the first curve C1 represents the heating curve of the first thermal separator P1 and the second curve C2 represents the heating curve of the second thermal separator P2.
  • the third curve C3 theoretically represents heating of the varistor in the event of a lightning strike, particularly in the case of a 10/350 type shock.
  • the second thermal separator P2 like the first separator P1, does not reach its melting temperature T2.
  • the second melting time constant ⁇ 2 is equal to 1 second.
  • heating of the second thermal separator P2 is preferably by indirect conduction.
  • heating of the second thermal separator P2 is by direct conduction, the second thermal separator then being crossed by the electric current which passes through the varistor 1.
  • the second thermal separator P2 is a low temperature weld.
  • the thermal pin of the first thermal separator P1 is nested in a metal bracket. Said metal bracket is connected to the varistor 1 by the low temperature welding of the second thermal separator P2.
  • the second melting temperature T2 is greater than the first melting temperature T1
  • the first melting time constant ⁇ 1 is greater than the second melting time constant ⁇ 2.
  • the first melting time constant ⁇ 1 is at least five times greater than the second melting time constant ⁇ 2.
  • each pivoting arm 11 has a slot 16 in which is positioned a drive pin 14 fixedly secured to the axis of rotation 13.
  • the displacement of a pivoting arm 11 in case of rupture of a thermal separator P1, P2 moves the drive finger 14 initially placed in abutment on an edge of the light 16 of said arm.
  • the drive fingers 14 placed respectively in the lights of the other pivoting arm move freely in the lights, said other arms remaining stationary.
  • the mechanical actuating means 33 comprise an actuating arm 35 guided in translation.
  • the rotational movement of the axis of rotation 13 directly or indirectly, via a lever 36, the translation of the actuating arm 35.
  • the actuating arm 35 has at one end a lug 34 projecting from a housing protection device. This lug 34 is intended to actuate a trip bar (not shown) of the switchgear 21.
  • the operation of the protection module 20 against overvoltages according to the invention in case of rapid heating of the varistor 1 is as follows.
  • the rapid heating is particularly related to the presence of a TOV.
  • the first curve C1 in FIG. 9 represents the heating curve of the first thermal separator P1 and the second curve C2 represents the heating curve of the second thermal separator P2.
  • the second thermal separator P2 will heat up quickly because of its low melting time constant ⁇ 2.
  • the second curve C2 of heating of the second thermal separator P2 will quickly reach the second melting temperature T2.
  • the temperature rise of the first thermal separator P1 is relatively low.
  • the first thermal separator P1 is far from having reached its melting temperature at the moment when the second first thermal separator reaches its melting temperature T2.
  • the operation of the protection module 20 against overvoltages according to the invention in case of slow heating of the varistor 1 is as follows.
  • the first curve C1 in FIG. 11 represents the heating curve of the first thermal separator P1 and the second curve C2 represents the heating curve of the second thermal separator P2.
  • the two thermal separators P1, P2 will heat up slowly.
  • the first and second curves C1, C2 of heating of the two thermal separators P1, P2 are substantially parallel, or even merged.
  • the first heating curve C1 of the first thermal separator P2 will reach the first melting temperature T1 before the case of the protection module has reached its maximum temperature TmaxB acceptable.
  • the thermal protection of the protection module 20 is both operational for fast transient phenomena and slower phenomena.
  • the operation of the thermal separators ensures a non-triggering of the device during a lightning strike.
  • the holding forces of the first and second thermal separators P1, P2 are exerted in series on the drive means 10.
  • the melting of a thermal separator successively causes the cancellation of one retained forces Fr1, Fr2 and the displacement of the drive means.
  • the two retained forces Fr1, Fr2 are respectively of greater intensity than that of the displacement force Fd.
  • said protection module 20 preferably comprises polarizing means intended to collaborate with the apparatus 21 of cutoff.
  • the coding means comprise protuberances intended to fit into female fingerprints (not shown) placed in the cut-off device 21.

Landscapes

  • Fuses (AREA)
  • Thermally Actuated Switches (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Module de protection 20 contre des surtensions comportant au moins une varistance 1 reliée mécaniquement à des moyens d'entraînement 10 par un premier séparateur thermique P1. La fusion du premier séparateur P1 libère le déplacement des moyens d'entraînement 10. Ledit premier séparateur thermique P1 comportant une première constante de temps de fusion σ1 et une première température de fusion T1. La varistance 1 est reliée mécaniquement aux moyens d'entraînement 10 par un second séparateur thermique P2, la fusion du second séparateur P2 libérant le déplacement des moyens d'entraînement 10 mobiles. Ledit second séparateur thermique P2 comporte une seconde constante de temps de fusion σ2 et une seconde température de fusion T2, la seconde température T2 étant supérieure à la première température T1, et la première constante de temps σ1 étant supérieure à la seconde constante de temps σ2.

Description

MODULE DE PROTECTION CONTRE LES SURTENSIONS ET ENSEMBLE DE PROTECTION COMPORTANT UN TEL MODULE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention est relative à un module de protection contre des surtensions destiné à être connecté à un appareil de coupure électrique via des moyens d'actionnement mécanique. Ledit module comporte au moins une varistance reliée mécaniquement à des moyens d'entraînement mobiles par un premier séparateur thermique. La fusion du premier séparateur thermique en cas d'échauffement de la varistance libère le déplacement des moyens d'entraînement mobiles pour agir sur les moyens d'actionnement mécanique.
Ledit premier séparateur thermique comporte une première constante de temps de fusion et une première température de fusion
L'invention est aussi relative à un ensemble de protection contre les surtensions comprenant un module de protection et comportant un appareil de coupure. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
II est connu d'associer un dispositif de protection contre les surtensions comportant un limiteur de surtension à éléments non linéaires variables avec la tension avec un dispositif de coupure électrique actionné par un mécanisme d'actionnement. Le limiteur de surtension et le dispositif de coupure électrique sont connectés en série.
Tel que décrit dans le document EP1607995, le dispositif de coupure électrique peut adopter une position de déclenchement et une position d'enclenchement correspondant respectivement à l'état ouvert et à l'état fermé des contacts électriques. Un circuit de déclenchement coopère avec le mécanisme d'actionnement pour provoquer le déplacement des contacts du dispositif de déconnexion vers l'état ouvert notamment en cas de destruction du limiteur de surtension notamment en fin de vie desdits éléments non linéaires. Le limiteur de surtension comprenant notamment une varistance connectée à un séparateur thermique. En cas d'échauffement trop important de la varistance suite à un défaut de fonctionnement, la fusion du séparateur thermique agit directement sur le mécanisme d'actionnement et provoque l'ouverture des contacts électriques du dispositif de coupure électrique. Le séparateur thermique est placé dans un environnement de la varistance et s'échauffe par conduction indirecte.
On entend par conduction indirecte le fait que le séparateur thermique n'est pas traversé par le courant électrique qui traverse la varistance. On entend par conduction directe le fait que le séparateur thermique est traversé par un courant électrique. L'utilisation d'un séparateur thermique s'échauffant notamment par conduction indirecte présente parfois des inconvénients. Le calibrage du séparateur thermique en thermes de choix de matériau et en thermes de volume de matériau utilisé pour réaliser le séparateur est contraignant. Le séparateur thermique est généralement calibré pour fondre suite à échauffement de la varistance qui est traversée par des courants de fuite. Cependant, ce même séparateur thermique n'est pas destiné à fondre lorsque la varistance chauffe suite à un choc de foudre. En cas de fusion du séparateur thermique suite à un choc de foudre entraînerait une indisponibilité du limiteur de surtension pour des chocs de foudres futurs, cette dernière situation n'étant pas souhaitable. En outre, la synchronisation de la fusion du séparateur thermique avec l'ouverture des contacts du dispositif de coupure électrique par le mécanisme d'actionnement est réalisée par une chaîne cinématique de commande comprenant plusieurs moyens mécaniques tels que des axes de transmission ou des biellettes. L'utilisation de cette chaîne cinématique de commande présente l'inconvénient de complexifier la réalisation du dispositif de protection.
Lors de présence sur le réseau de surtensions temporaires apparaissant lors d'un défaut à la terre ou un délestage sur le réseau de distribution publique, l'énergie dissipée dans le parafoudre peut être importante et provoquer rapidement la destruction des composants parasurtenseurs. Ces surtensions temporaires apparaissant sur le réseau sont appelées par la suite TOV (Temporary Over Voltage). Le courant de défaut résultant d'une TOV provoque également un échauffement de la varistance détecté par un séparateur thermique. L'amplitude du courant de défaut est dans ce cas beaucoup plus importante que dans le cas de courant de fuite lié au vieillissement de la varistance. Ce séparateur thermique doit alors théoriquement intervenir avec une constante de temps relativement courte (quelques secondes) pour parer l'influence des TOV et avec une constante de temps relativement longue (quelques minutes, voire quelques heures) pour parer au défaut de la varistance générant de faibles courants de fuite. En outre, ce séparateur thermique ne doit pas intervenir en présence de choc de foudre. EXPOSE DE UINVENTION
L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer un dispositif de protection contre des surtensions et comportant des moyens de protection adaptés aux problèmes liés aux TOV (Temporary Over Voltage). Ladite au moins une varistance du module de protection selon l'invention, est reliée mécaniquement aux moyens d'entraînement par un second séparateur thermique, la fusion du second séparateur thermique en cas d'échauffement de la varistance libérant le déplacement des moyens d'entraînement mobiles, ledit second séparateur thermique comportant une seconde constante de temps de fusion et une seconde température de fusion, la seconde température de fusion étant supérieure à la première température de fusion, et la première constante de temps de fusion étant supérieure à la seconde constante de temps de fusion.
Selon un mode de développement de l'invention, le module de protection comporte des moyens élastiques fournissant une force de déplacement destinée à entraîner en déplacement les moyens d'entraînement d'une première la position armée vers une position de déclenchement, les moyens d'entraînement étant retenu mécaniquement en position armée par lesdits premier et second séparateurs thermiques, la fusion d'un des deux séparateurs thermiques libérant le déplacement des moyens d'entraînement. Selon un premier mode particulier de l'invention, le premier séparateur thermique et le second séparateur thermique exercent respectivement une première et une seconde forces de retenu sur les moyens d'entraînement, lesdites forces de retenu s'exerçant de manière série sur les moyens d'entraînement, la fusion d'un séparateur thermique entraine successivement l'annulation de l'une des forces de retenu et la libération du déplacement des moyens d'entrainement.
De préférence, les deux forces de retenu sont respectivement supérieures à la force de déplacement. Selon un second mode particulier de l'invention, le premier séparateur thermique et le second séparateur thermique exercent respectivement un première et une seconde forces de retenu sur les moyens d'entraînement, lesdites forces de retenu s'exerçant de manière parallèle sur les moyens d'entraînement, la fusion d'un séparateur thermique entraine successivement l'annulation d'une des deux forces de retenu, l'annulation de l'autre force de retenu et le déplacement des moyens d'entrainement.
De préférence, les forces de retenu sont respectivement inférieures à la force de déplacement.
De préférence, le second séparateur thermique comporte une seconde température de fusion inférieure à la température maximale de fonctionnement de la varistance et supérieure à la température d'échauffement de la varistance après un choc de foudre de type 10/350.
Avantageusement, le second séparateur thermique comporte une température de fusion ayant une valeur égale à 195° degrés Celcius plus ou moins 25° De préférence, le premier séparateur thermique comporte une première température de fusion inférieure à la température maximale tolérée du dispositif de protection ramenée au niveau de la varistance.
Avantageusement, le premier séparateur thermique connexion fusible comporte une température de fusion de valeur égale à 125° degrés Celcius plus ou moins Avantageusement, la première constante de temps de fusion est au moins cinq fois supérieure à la seconde constante de temps de fusion.
Avantageusement, le premier séparateur thermique est une goupille en matériau plastique.
Avantageusement, le second séparateur thermique est une soudure basse température.
Avantageusement, ledit au moins un module de protection comporte des moyens de détrompage destinés à collaborer avec l'appareil de coupure. L'ensemble de protection contre les surtensions comprend un module de protection tel que défini ci-dessus et comporte un appareil de coupure électrique comprenant des entrées destinées à être connectées à une ligne à protéger, des contacts principaux commandés par un mécanisme de déclenchement, et des sorties connectés au module de protection contre les surtensions. Les moyens d'actionnement mécanique dudit module sont interconnectés aux moyens de déclenchement pour actionner l'ouverture des contacts principaux.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels :
- les figures 1 et 2 représentent des vues schématique d'un ensemble de protection selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 représente une vue en perspective d'un module de protection d'un ensemble de protection contre les surtensions selon la figure 1 ;
- les figures 4 à 6 représentent des vues de détail du fonctionnement du module de protection selon la figure 2 ; - la figure 7 représente une vue de coté d'un mode de réalisation du module de protection selon la figure 3 ;
- la figure 8 représente une vue en perspective d'un mode de réalisation du module de protection selon la figure 3 ; - la figure 9 représente une courbe d'échauffement du module de protection en cas d'échauffement rapide lié notamment à la présence d'une TOV ;
- la figure 10 représente une courbe d'échauffement du module de protection en cas de choc de foudre ;
- la figure 11 représente une courbe d'échauffement du module de protection en cas d'échauffement lent.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION
Tel que représenté sur les figures 1 et 2, l'ensemble de protection contre des surtensions selon l'invention comporte au moins un module de protection 20 destiné à être connecté à un appareil de coupure 21 électrique via des moyens d'actionnement mécanique 33.
Comme représenté sur la figure 2, l'ensemble de protection 20 contre des surtensions selon l'invention est destiné à être connecté entre d'une part au moins une ligne de courant via au un moins un première borne de connexion 22 placée en amont de l'appareil de coupure 21 et d'autre part à la terre via au moins un connecteur 6 du module de protection 20. L'appareil de coupure 21 comporte au moins une seconde borne de connexion 25A en aval destinée à être reliée borne de connexion 25B au module de protection 20.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le module de protection 20 comporte au moins une varistance 1 comportant au moins une borne reliée borne à une borne de connexion 25B du module de protection 20 et une seconde borne reliée à un connecteur 6. Ladite au moins une varistance est reliée mécaniquement à des moyens d'entraînement 10 mobiles. Lesdits moyens d'entrainement sont reliés aux moyens d'actionnement mécanique 33 sont destinés à actionner un mécanisme de déclenchement 24 de l'appareil de coupure 21 en cas de défaut de fonctionnement de la varistance 1.
Le mécanisme de déclenchement 24 de l'appareil de coupure 21 actionne alors l'ouverture des contacts électriques 23.
A titre d'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, l'ensemble de protection contre des surtensions comporte un appareil de coupure 21 tétrapolaire. Le module de protection 20 dudit ensemble de protection comporte alors quatre varistances 1 connectées respectivement à un pôle de l'appareil de coupure 21.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite au moins une varistance 1 du module de protection est reliée mécaniquement à des moyens d'entraînement 10 mobiles par un premier séparateur thermique P1.
La fusion du premier séparateur thermique P1 en cas d'échauffement de la varistance libère le déplacement des moyens d'entraînement 10 mobiles. Le déplacement des moyens d'entrainement 10 est destiné agir sur les moyens d'actionnement mécanique 33 et provoquer l'ouverture des contacts électrique 23 de l'appareil de coupure 21.
Comme représenté sur les figures 4 et 6, selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, le premier séparateur thermique P1 est fixé d'une part à la varistance 1 et d'autre part à un bras pivotant 11 des moyens d'entraînement
10 mobiles. Le bras pivotant 11 est maintenu mécaniquement par le premier séparateur thermique P1 dans une première position de fonctionnement, dite position armée. Des moyens élastiques 12 exercent une force de déplacement Fd sur le bras pivotant 11. La force de déplacement Fd est destinée entraîner le déplacement du bras pivotant 11 dans une seconde position de fonctionnement en cas de fusion du premier séparateur thermique P1. Le premier séparateur thermique P1 exerce une première force de retenu Fr1 sur les moyens d'entraînement 10. La fusion du premier séparateur thermique P1 provoque la rupture d'une liaison mécanique entre le premier séparateur P1 et le bras pivotant
11. La première force de retenu FR1 étant nulle, sous l'action de la force de déplacement Fd, ledit bras pivote autour d'un axe de rotation 13 de la position armée vers la seconde position de fonctionnement, dite position de déclenchement. La rotation de l'axe de rotation 13 agit sur les moyens d'actionnement mécanique 33. Ledit premier séparateur thermique P1 comporte une première température de fusion T1 et une première constante de temps de fusion σ1.
La première température de fusion T1 du premier séparateur thermique P1 est déterminée de manière à être inférieure à la température maximale TmaxB tolérée au niveau des surfaces externes du boîtier du module de protection 20 ramenée au niveau du premier séparateur thermique P1. La température maximale tolérée au niveau des surfaces externes du boîtier est généralement fixée par des normes. Cette température est par exemple égale à 120 degrés Celcius. Cette température maximale ramenée au niveau du premier séparateur thermique P1 , placé à l'intérieur du boîtier permet d'établir un premier critère pour déterminer la première température de fusion T1.
En outre, la première température de fusion T1 du premier séparateur thermique P1 est déterminée de manière à être inférieure à la température d'échauffement maximale atteinte par la varistance 10 en cas de défaut de fonctionnement. Le défaut de fonctionnement est par exemple lié au vieillissement de la varistance, vieillissement provoquant un début de court-circuit. Cet échauffement de la varistance permet d'établir un second critère pour déterminer la première température de fusion T1.
La combinaison de ces deux critères permet de déterminer la première température de fusion T1. A titre d'exemple de réalisation, la première température fusion T1 de valeur égale à 125° degrés Celcius plus ou moins 15°c.
On entend par constante de temps de fusion une grandeur homogène à un temps caractérisant la rapidité pour un système étudié à atteindre une température de fusion dans des conditions de fonctionnement système. La constante de temps est souvent liée à la réponse du système étudié à une perturbation instantanée. En effet, la constant de temps de fusion σ1 est dépendante de l'architecture du module de protection 20 et notamment de la position du premier séparateur thermique P1 par rapport à la varistance 10, de la nature du matériau utilisé pour réaliser ledit séparateur, et aussi de sa géométrie globale.. Comme représenté sur la figure 10, en cas de choc de foudre, réchauffement du premier séparateur thermique P1 placé dans le boîtier du dispositif de protection atteint une température maxi après un temps d'environ 25 secondes. La première courbe C1 représente la courbe d'échauffement du premier séparateur thermique P1 et la seconde courbe C2 représente la courbe d'échauffement du second séparateur thermique P2. Comme souhaité, le premier séparateur thermique P1 n'atteint pas sa température de fusion T1 en cas de choc de foudre. La troisième courbe C3, représente théoriquement réchauffement de la varistance en cas de choc de foudre, notamment en cas de choc de type 10/350. A titre d'exemple, la première constante de temps de fusion σ1 est égale à 5 secondes. Comme représenté sur les figures 4 à 6, selon un mode de développement particulier de l'invention, le premier séparateur thermique P1 est constitué d'une goupille en matériau plastique. La force de déplacement Fd exercée par les moyens élastiques 12 via le bras pivotant 11 des moyens d'entraînement 10 applique alors un effort de cisaillement sur ladite goupille. Selon une variante de réalisation non représenté, la force de déplacement Fd exercée par les moyens élastiques peut appliquer un effort de traction sur ladite goupille.
A titre d'exemple de réalisation, réchauffement du premier séparateur thermique
P1 est de préférence par conduction indirecte. Selon une variante non représentée, réchauffement du premier séparateur thermique P1 est par conduction directe, le premier séparateur thermique étant alors traversé par le courant électrique qui traverse la varistance 1.
Selon un mode préférentiel de l'invention, la varistance 1 est reliée aux moyens d'entraînement 10 par un second séparateur thermique P2.
La fusion du second séparateur thermique P2 en cas d'échauffement de la varistance 1 libère le déplacement des moyens d'entraînement 10 mobiles. Le déplacement des moyens d'entraînement 10 est destiné agir sur les moyens d'actionnement mécanique 33 et provoquer l'ouverture des contacts électrique 23 de l'appareil de coupure 21.
Comme représenté sur les figures 4 et 6, selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, le second séparateur thermique P2 est fixé d'une part à la varistance et est fixé d'autre part au bras pivotant 11 des moyens d'entraînement 10 mobiles. Le bras pivotant 11 est maintenu mécaniquement par le second séparateur thermique P2 dans la position armée. Des moyens élastiques 12 exercent une force de déplacement Fd sur le bras pivotant 11. La force de déplacement Fd est destinée entraîner le déplacement du bras pivotant 11 dans une seconde position de fonctionnement en cas de fusion du second séparateur thermique P2. Le second séparateur thermique P2 exerce une seconde force de retenu Fr2 sur les moyens d'entraînement 10. La fusion du second séparateur thermique P2 provoque la rupture d'une liaison mécanique entre ledit séparateur P2 et le bras pivotant 11. Sous l'action de la force de déplacement Fd, ledit bras pivote autour d'un axe de rotation 13 de la position armée vers la position de déclenchement. La rotation de l'axe de rotation 13 agit sur les moyens d'actionnement mécanique 33.
Ledit second séparateur thermique P2 comporte une seconde température de fusion T2 et une seconde constante de temps de fusion σ2.
La seconde température de fusion T2 du second séparateur thermique P2 dépend de trois critères. Premièrement, ladite seconde température de fusion T2 est déterminée de manière à être inférieure à la température maximale de fonctionnement TmaxV supportée par la varistance 1. La température maximale tolérée TmaxV est une caractéristique intrinsèque du composant et est par exemple égale à 260° degrés Celcius.
En outre, la seconde température de fusion T2 du second séparateur thermique P2 est déterminée de manière à être supérieure à la température d'échauffement atteinte par la varistance en cas de choc de foudre, notamment des chocs de foudre de type 10/350. Enfin, la seconde température de fusion T2 du second séparateur thermique P2 est déterminée de manière à être inférieure à la température d'échauffement de la varistance 1 atteinte suite à un défaut de type TOV.
La combinaison de ces trois critères permet de déterminer la seconde température de fusion T2.
A titre d'exemple de réalisation, la seconde une température de fusion T2 a une valeur égale à 195°Celcius plus ou moins 25°c.
Comme représenté sur la figure 10, en cas de choc de foudre, réchauffement du second séparateur thermique P2 placé dans le boîtier du module de protection 20 atteint une température maxi après un temps d'environ 5 secondes. La première courbe C1 représente la courbe d'échauffement du premier séparateur thermique P1 et la seconde courbe C2 représente la courbe d'échauffement du second séparateur thermique P2. La troisième courbe C3, représente théoriquement réchauffement de la varistance en cas de choc de foudre, notamment en cas de choc de type 10/350. Comme souhaité en cas de choc de foudre, le second séparateur thermique P2, comme le premier séparateur P1 , n'atteint pas sa température de fusion T2. A titre d'exemple, la seconde constante de temps de fusion σ2 est égale à 1 seconde.
A titre d'exemple de réalisation, réchauffement du second séparateur thermique P2 est de préférence par conduction indirecte. Selon une variante non représentée, réchauffement du second séparateur thermique P2 est par conduction directe, le second séparateur thermique étant alors traversé par le courant électrique qui traverse la varistance 1.
Selon un mode de développe de l'invention, le second séparateur thermique P2 est une soudure basse température. Comme représenté sur les figures 4, 5 et 6, à titre d'exemple de fabrication, la goupille thermique du premier séparateur thermique P1 est emboîtée dans une équerre métallique. Ladite équerre métallique est reliée à la varistance 1 par la soudure basse température du second séparateur thermique P2. Ainsi, selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, la seconde température de fusion T2 est supérieure à la première température de fusion T1 , et la première constante de temps de fusion σ1 est supérieure à la seconde constante de temps de fusion σ2. A titre d'exemple de réalisation, la première constante de temps de fusion σ1 est au moins cinq fois supérieure à la seconde constante de temps de fusion σ2.
A titre d'exemple de réalisation représenté sur les figures 4 à 6, chaque bras pivotant 11 comporte une lumière 16 dans laquelle est positionné un doigt d'entraînement 14 fixé de manière solidaire avec l'axe de rotation 13. Le déplacement d'un bras pivotant 11 en cas de rupture d'un séparateur thermique P1 , P2 déplace le doigt d'entraînement 14 placé initialement en appui sur un bord de la lumière 16 dudit bras. Les doigts d'entraînements 14 placées respectivement dans des lumières des autres bras pivotant se déplacent librement dans les lumières, lesdits autres bras restant immobiles. A titre d'exemple de réalisation, tel que représenté sur les figures 7 et 8, les moyens d'actionnement mécanique 33 comportent un bras d'actionnement 35 guidé en translation. Le mouvement en rotation de l'axe de rotation 13 entraine directement ou indirectement, via un levier 36, la translation du bras d'actionnement 35. Le bras d'actionnement 35 comporte à une extrémité un ergot 34 faisant sailli par rapport à un boîtier du dispositif de protection. Cet ergot 34 est destiné venir actionner une barre de déclenchement (non représentée) de l'appareil de coupure 21.
Le fonctionnement du module de protection 20 contre des surtensions selon l'invention en cas d'échauffement rapide de la varistance 1 est le suivant. L'échauffement rapide est notamment lié à la présence d'une TOV. A titre d'exemple, la première courbe C1 sur la figure 9 représente la courbe d'échauffement du premier séparateur thermique P1 et la seconde courbe C2 représente la courbe d'échauffement du second séparateur thermique P2. En présence de TOV, le second séparateur thermique P2 va s'échauffer rapidement du fait de sa faible constante de temps de fusion σ2. La seconde courbe C2 d'échauffement du second séparateur thermique P2 va atteindre rapidement la seconde température de fusion T2. Concomitamment, comme représenté sur la première courbe C1 de la figure 9, l'élévation de température du premier séparateur thermique P1 est relativement faible. En pratique, le premier séparateur thermique P1 est loin d'avoir atteint sa température de fusion au moment où le second premier séparateur thermique atteint sa température de fusion T2.
Le fonctionnement du module de protection 20 contre des surtensions selon l'invention en cas d'échauffement lent de la varistance 1 est le suivant. A titre d'exemple, la première courbe C1 sur la figure 11 représente la courbe d'échauffement du premier séparateur thermique P1 et la seconde courbe C2 représente la courbe d'échauffement du second séparateur thermique P2. Les deux séparateurs thermiques P1 , P2 vont s'échauffer lentement. Les première et seconde courbes C1 , C2 d'échauffement des deux séparateurs thermique P1 , P2 sont sensiblement parallèles, voire confondues. La première courbe C1 d'échauffement du premier séparateur thermique P2 va atteindre la première température de fusion T1 avant que le boitier du module de protection ait atteint sa température maximale TmaxB acceptable.
Grâce à cette combinaison en série des deux séparateurs thermiques P1 , P2, la protection thermique du module de protection 20 est à la fois opérationnelle pour des phénomènes transitoire rapide et des phénomènes plus lents. En outre, le fonctionnement des séparateurs thermiques garantit un non déclenchement du dispositif lors d'un choc de foudre.
Selon un premier mode de développement, les forces de retenu des premier et second séparateurs thermiques P1 , P2 s'exercent de manière série sur les moyens d'entraînement 10. La fusion d'un séparateur thermique entraine successivement l'annulation de l'une des forces de retenu Fr1 , Fr2 et le déplacement des moyens d'entrainement. Les deux forces de retenu Fr1 , Fr2 sont respectivement d'intensité supérieure à celle de la force de déplacement Fd.
Selon un second mode de développement, les forces de retenu des premier et second séparateurs thermiques P1 , P2 s'exercent de manière parallèle sur les moyens d'entraînement 10. La fusion d'un des séparateurs thermiques entraine successivement l'annulation d'une des deux forces de retenu Fr1 , Fr2, puis l'annulation de l'autre force de retenu Fr1 , Fr2 et enfin le déplacement des moyens d'entraînement 10. Les forces de retenu FM , Fr2 sont respectivement d'intensité inférieure à celle de la force de déplacement Fd. Selon une variante de réalisation des modes de réalisation, ledit module de protection 20 comporte de préférence des moyens de détrompage destinés à collaborer avec l'appareil 21 de coupure. A titre d'exemple les moyens de détrompage comportent des protubérances 35 destinées à venir s'emboiter dans des empreintes femelles (non représentées) placées dans le dispositif de coupure 21.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module de protection (20) contre des surtensions destiné à être connecté à un appareil (21 ) de coupure électrique via des moyens d'actionnement mécanique (33) et comportant :
- au moins une varistance (1) reliée mécaniquement à des moyens
d'entraînement (10) mobiles par un premier séparateur thermique (P1 ), la fusion du premier séparateur thermique (P1 ) en cas d'échauffement de la varistance libérant le déplacement des moyens d'entraînement (10) mobiles pour agir sur les moyens d'actionnement mécanique (33), ledit premier séparateur thermique (P1 ) comportant une première constante de temps de fusion (σ1) et une première température de fusion (T1), caractérisé en ce ladite au moins une varistance (1 ) est reliée mécaniquement aux moyens d'entraînement (10) par un second séparateur thermique (P2), la fusion du second séparateur thermique (P2) en cas d'échauffement de la varistance (1 ) libérant le déplacement des moyens d'entraînement (10) mobiles, ledit second séparateur thermique (P2) comportant une seconde constante de temps de fusion (σ2) et une seconde température de fusion (T2), la seconde température de fusion (T2) étant supérieure à la première température de fusion (T1), et la première constante de temps de fusion (σ1 ) étant supérieure à la seconde constante de temps de fusion (σ2).
2. Module de protection selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte des moyens élastiques (12) fournissant une force de déplacement (Fd) destinée à entraîner en déplacement les moyens d'entraînement (10) d'une première la position armée vers une position de déclenchement, les moyens d'entraînement (10) étant retenu mécaniquement en position armée par lesdits premier et second séparateurs thermiques (P1 , P2), la fusion d'un des deux séparateurs thermiques libérant le déplacement des moyens d'entraînement (10).
3. Module de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier séparateur thermique (P1 ) et le second séparateur thermique (P2) exercent respectivement une première et une seconde forces de retenu (Fr1 , Fr2) sur les moyens d'entraînement (10), lesdites forces de retenu s'exerçant de manière série sur les moyens d'entraînement (10), la fusion d'un séparateur thermique entraînant successivement l'annulation de l'une des forces de retenu (FM , Fr2) et la libération du déplacement des moyens d'entrainement (10).
4. Module de protection selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux forces de retenu (Fr1 , Fr2) sont respectivement supérieures à la force de déplacement (Fd)
5. Module de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier séparateur thermique (P1 ) et le second séparateur thermique (P2) exercent respectivement un première et une seconde forces de retenu (Fr1 , Fr2) sur les moyens d'entraînement (10), lesdites forces de retenu s'exerçant de manière parallèle sur les moyens d'entraînement (10), la fusion d'un séparateur thermique entraînant successivement l'annulation d'une des deux forces de retenu (Fr1 , Fr2), l'annulation de l'autre force de retenu (Fr1 , Fr2) et le déplacement des moyens d'entrainement (10).
6. Module de protection selon la revendication 5, caractérisé en ce que les forces de retenu (Fr1 , Fr2) sont respectivement inférieures à la force de déplacement (Fd).
7. Module de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second séparateur thermique (P2) comporte une seconde température de fusion (T2) inférieure à la température maximale de fonctionnement de la varistance et supérieure à la température d'échauffement de la varistance après un choc de foudre de type 10/350.
8. Module de protection selon la revendication 7, caractérisé en ce que le second séparateur thermique (P2) comporte une température de fusion (T2) ayant une valeur égale à 195° degrés Celcius plus ou moins 25°c.
9. Module de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier séparateur thermique (P1 ) comporte une première température de fusion (T1 ) inférieure à la température maximale tolérée du dispositif de protection ramenée au niveau de la varistance.
10. Module de protection selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier séparateur thermique (P1 ) connexion fusible comporte une température de fusion (T1 ) de valeur égale à 125° degrés Celcius plus ou moins 15°c.
11. Module de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première constante de temps de fusion (σ1 ) est au moins cinq fois supérieure à la seconde constante de temps de fusion (σ2)
12. Module de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier séparateur thermique (P1 ) est une goupille en matériau plastique.
13. Module de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second séparateur thermique (P2) est une soudure basse température.
14. Module de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un module (20) de protection comporte des moyens de détrompage (35) destinés à collaborer avec l'appareil (21 ) de coupure.
15. Ensemble de protection contre les surtensions comprenant un module de
protection (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un appareil de coupure électrique (21 ) comprenant des entrées (22) destinées à être connectées à une ligne à protéger, des contacts principaux (23) commandés par un mécanisme de déclenchement (24), et des sorties (25A) connectés au module de protection contre les surtensions (1 , 2), les moyens d'actionnement mécanique (33) dudit module étant interconnectés aux moyens de déclenchement (24, 27) pour actionner l'ouverture des contacts principaux (23).
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