EP3616220A1 - Cable electrique pour cablage de parafoudre - Google Patents

Cable electrique pour cablage de parafoudre

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EP3616220A1
EP3616220A1 EP18719571.4A EP18719571A EP3616220A1 EP 3616220 A1 EP3616220 A1 EP 3616220A1 EP 18719571 A EP18719571 A EP 18719571A EP 3616220 A1 EP3616220 A1 EP 3616220A1
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EP
European Patent Office
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cable
electrical
insulating layer
conductor
electrical cable
Prior art date
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EP18719571.4A
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German (de)
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EP3616220B1 (fr
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Nicolas PEYRUS
Alain Rousseau
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication of EP3616220B1 publication Critical patent/EP3616220B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/28—Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
    • H01B7/2813—Protection against damage caused by electrical, chemical or water tree deterioration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
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    • H01B3/443—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins from vinylhalogenides or other halogenoethylenic compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/08—Flat or ribbon cables
    • H01B7/0861—Flat or ribbon cables comprising one or more screens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/0009—Details relating to the conductive cores
    • H01B7/0018—Strip or foil conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/58—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
    • H01R4/66—Connections with the terrestrial mass, e.g. earth plate, earth pin

Definitions

  • the invention lies in the field of wiring surge arresters, specifically surge arresters used for the main protection of all low voltage electrical installations.
  • a surge arrester prevents the propagation of overvoltages in electrical installations and protects equipment.
  • the invention relates to the wiring and integration of surge arresters in a dedicated installation, such as an electrical panel or electrical cabinet.
  • a dedicated installation such as an electrical panel or electrical cabinet.
  • any electrical panel or cabinet later which should be interpreted more generically as an envelope that contains all or part of the devices used in the composition of electrical equipment (cabinet, switchboard, electrical boxes. ..).
  • the electrical cabinet is either grounded or a reference potential said mass.
  • a surge arrester is a device intended to protect a material or electrical equipment against high transient overvoltages and sometimes also to limit the duration and often the amplitude of the following current.
  • a surge arrester protects against overvoltage, usually caused by lightning, but also by other causes such as overvoltage industry or maneuver, or electrostatic overvoltages. There is also talk in this case surge protector.
  • a surge arrester is an electrical component whose function is to trim overvoltages appearing on an electrical network. It is usually connected between each of the equipment to be protected and the earth, and this, for each active driver to protect. It is dimensioned according to the characteristics of the network (voltage, ground connection scheme, short circuit current ...) but especially according to the overvoltage Uw that the equipment to be protected can support over a very short time interval (from 10 to a few hundred ⁇ ).
  • the protection level of the arrester is defined by the Up characteristic, which is essential for sizing the protection of the equipment. However the performance and effectiveness of a surge arrester are not only played on its characteristic Up.
  • the total surge undergone by a close equipment (up to ten meters) of a surge arrester is the sum of the overvoltages appearing at the terminals surge arrester and overvoltages appearing in the components and conductors connecting the surge arrester to the electrical network on the one hand and to the earth on the other hand.
  • This voltage is called Real Up, as shown in Figure 1.
  • the overvoltages appearing at the terminals of the conductors are related to their inductances and to the current which passes through them, more particularly to the variations of the current.
  • the international standards IEC 61 643-12 and 62305-4 as well as the French standard NFC 15-100 and the associated guide UTE 15-443 recommend a maximum total length of 50 cm for the wiring of a surge arrester. This length corresponds to a margin of 20% between Up and the withstand voltage of the equipment Uw. An illustration of this rule and an example of wiring in the control cabinet is given in Figure 2.
  • Driver inductance is also due to its position in the switchboard, and to its interactions with other drivers. It is why another rule of the guide UTE 15-443 recommends to press the cables against the metal structure of the electrical panel when it exists to minimize the ground loop and to benefit from the reducing effect of the disturbances. In other words, it is a question of reducing the surfaces of loops to lower the mutual inductance of the cables.
  • the conductors must have a minimum section of 6 mm 2 for Type 2 surge arresters and 1 6 mm 2 for Type 1 surge arresters, and are generally made of copper.
  • Type 1 surge arresters are surge arresters capable of discharging a very large lightning current, usually from the earth to the energy distribution network. They are installed in the main electrical panel when the building is equipped with a lightning rod;
  • Type 2 surge arresters are surge arresters intended to discharge currents generated by indirect lightning strikes and causing overvoltages induced or conducted on the power distribution network. They are installed in the main distribution board or in divisional boards.
  • the wiring of a surge arrester is usually carried out using cylindrical industrial conductors, rigid or not, composed of one or more multi-stranded strands.
  • Their implementation in an electrical panel is not easy (crimping lugs, rigidity of the cable, requires to pass in chutes that lengthen the length of the conductors, aesthetics ).
  • the patent JPH07272551 describes a cable comprising a core (central portion), different layers of insulators, and a varistor. The goal is to replace the lightning protection device.
  • the performance of this cable is not described, but the fact that the component is a varistor limits its ability to withstand strong lightning currents and manage its end of life And most importantly it does not respond to the technical problem posed by the need previously expressed, the cables having large diameters because of the different layers.
  • Another patent US5384429 relates to a cylindrical conductor for connecting a surge arrester to an electrical network enjoying a low inductive drop.
  • the core is separated from the screen by a thick insulating material (the thickness is deduced from the ratio d / D).
  • This conductor also does not respond to the problem posed, the cables having large diameters because of the different layers and the thickness of the insulation.
  • the problem is to have a driver that allows to overcome the maximum total length of 50 cm for the wiring of a surge arrester, while maintaining its effectiveness.
  • Another need is to improve the installation of lightning conductors in an electrical cabinet, and this, in a simple and economical way, while allowing an operator to achieve clean and neat wiring, which is often incompatible with the constraints of wiring a surge arrester.
  • An object of the invention is in particular to meet the need previously expressed.
  • the subject of the invention is a cable as described by the claims.
  • an electrical cable for arrester wiring comprising:
  • a first insulating layer encasing said conductive element, a metal envelope enveloping said first insulating layer, forming a screen and intended to be connected to a ground,
  • a second insulating layer encasing said metal casing, all forming a flat-shaped cable.
  • the "central conducting element” may also be called “soul” or “conducting soul”.
  • flat shape means an elongated cable shape, substantially and mainly parallelepipedic, and whose thickness is very small relative to its width and / or length.
  • Screw means a metal shell whose two ends are connected to the ground of an appliance or to the earth and surrounding one or more circuits or components to protect them from the action of electric, magnetic or electromagnetic fields outside, or, conversely, to prevent them from creating such a field around them. We also talk about armor.
  • the flat geometry of the cable 1 according to the invention makes it possible to reduce the value of the circuit's own inductance, in particular by virtue of the skin effect, linked to a better current distribution over the entire periphery of the conductor, but especially to control the mutual inductance.
  • the shape of the conductors facilitates the plating of the latter against a metal wall of the cabinet, which contributes to lowering the mutual inductance between the conductors and the ground plane (generally, the ground plane is a flat wall of the electrical cabinet grounded).
  • a metal screen is sandwiched between two layers of insulation and grounded at both ends, allowing mutual inductance to be controlled and even more acceptable cabling lengths to be increased significantly.
  • the cable according to the invention makes it possible to increase the admissible lengths of wiring to at least two meters. This results in a gain in labor (study and implementation), and a sharp reduction in the difficulties of wiring and integration of surge arresters in electrical panels.
  • the electric cable has a total external thickness of less than 8 mm and a total width of between 24 mm and 50 mm.
  • the thickness of the metal casing of the electric cable is between 0.07 mm and 0.1 mm.
  • the metal casing is made of copper.
  • the inner conductor is composed of copper.
  • the inner conductor is made of braided and flattened strands.
  • the section of the conductor is greater than 6 mm 2 .
  • the section of the conductor is between 1 6 and 25 mm 2 .
  • the first insulating layer is composed of polyvinyl chloride (PVC).
  • the second insulating layer is composed of polyvinyl chloride (PVC).
  • the thickness of the first insulating layer is between 1.9 mm and 2.1 mm.
  • the thickness of the second insulating layer is between 0.4 mm and 0.6 mm.
  • the ratio between the width of the core and the thickness of the core is greater than 10.
  • the inner conductor has at least one pierced end so as to allow its electrical connection, for example to a circuit breaker or a fuse holder.
  • This configuration is particularly suitable for circuit breakers or fuse doors with molded housings, the ends and holes allowing bolting to the circuit breaker connection pads. The ends are often tinned, in order to obtain a better electrical contact.
  • the inner conductor has at one of its ends an outer profile capable of cooperating with a recess in a lug, said lug being intended to be electrically connected, for example to a circuit breaker or a fuse holder.
  • This configuration is particularly suitable for circuit breakers or fuse doors with cage terminals, the connection being made using a terminal.
  • the invention also relates to an overvoltage protection device comprising at least one such cable. More specifically, the protection device against overvoltages of an electrical equipment comprises:
  • At least one arrester connected to said device
  • At least one cable according to the invention, the central conductor of said cable connecting the arrester to a ground plane, the screen of said cable being electrically connected to said ground plane.
  • the protection device further comprises:
  • the cables being cables according to the invention.
  • the surge arrester and fuse holder or circuit breaker or other disconnector are located near the point of arrival of the power supply.
  • the length L1 between the power supply and the disconnector and the length L2 between the disconnector and the surge arrester are small and can be realized by standard cables.
  • FIG. 1 illustrates a block diagram of implantation of a surge arrester
  • FIG. 2 illustrates an example of wiring a surge arrester in an electrical cabinet, related to the recommendations of the guide UTE 15-443;
  • FIG. 3 illustrates an exemplary embodiment of an electric lightning protection cable according to the invention
  • - Figure 4 illustrates an electric cable according to another embodiment
  • - Figure 5 illustrates an electric cable according to another embodiment
  • FIG. 6 illustrates a protection installation according to the invention
  • FIG. 7 A illustrates an adaptation of the electrical cable for implanting it in an electrical cabinet
  • FIG. 7B illustrates a metal connector for taking up the screen for the implantation of the cable in an electrical cabinet
  • FIG. 8A shows a cable with a metal connector recovery and wrapped with a sheath
  • FIG. 8B shows a cable equipped with a recovery metal connector and wrapped in a sheath and mounted on a rail
  • FIG. 9A shows schematically the device used to measure the intrinsic inductance of the cable according to the invention.
  • FIG. 9B schematizes the device used to measure the mutual and clean inductance according to the invention.
  • FIG. 1 which illustrates a block diagram of implantation of a surge arrester, has already been partly commented in the introduction of the present application. It has a circuit diagram comprising a surge arrester 1 connected to a fuse 120 via a cable 102 of length L2 for the neutral N and a surge arrester 1 10 'connected to a fuse 1' via a cable 102 'of length L2' for the phase P. Each arrester is connected, via a cable 103, 103 'of length L3, L3', to a local earth bar 140, or earth bar of the cabinet, or ground plane. Finally, each fuse 120, 120 'is connected to the electrical network, and to the equipment to be protected via a cable 101, 101' of length L1, ⁇ _1 '. In this figure, there are two surge arresters, one per active conductor (N and P) to be protected.
  • N and P active conductor
  • FIG 2 which illustrates an example of wiring a surge arrester in an electrical panel has also been partly commented in the introduction of this application.
  • An electrical panel 130 is shown in dotted lines. It contains a surge arrester 1 10 connected to two disconnectors, for example circuit breakers 121 and 121 'via two cables 102 and 102' of length L2 and L2 '.
  • the arrester 1 10 is connected, via a cable 103 of length L3, to a ground bar 140 via an intermediate ground terminal block 141, which is connected to a grounding plug 150.
  • the circuit breakers 121, 121 ' are connected to the electrical supply via two cables 101 and 101 'of length L1 and L1' (L1 and L1 'correspond to the lengths of the cables in the electrical panel, in the example it concerns the cable lengths between circuit breaker 121 and connection terminal blocks 131, 131 'at the electrical supply).
  • the electrical supply cables 104, 104 'coming from the network meet the recommendations of the associated guide UTE 15-443 and are grouped together on one and the same side of the electrical panel 130. To avoid mixing disturbed cables and protected cables, the cables 104, 104 'are separated from the cables 105, 105' of departure towards the electrical installation to be protected.
  • the sum of the lengths L1 + L2 + L3 (and L1 '+ L2' + L3) must have a total length less than or equal to 50 cm for conventional cables.
  • FIG. 3 illustrates an exemplary embodiment of an electric lightning protection cable according to the invention.
  • the cable 1 comprises a central conductor 10 of flat shape, whose section is for example at least greater than or equal to 4 mm 2 and preferably greater than or equal to 10 mm 2 .
  • the central conductor 10 has for example a section less than or equal to 25 mm 2 .
  • the conductor has an equivalent effective cross section of at least 16 mm 2 with a width of 20 mm and a thickness of 1.9 mm.
  • the central conductor 10 is flexible enough to be bent and folded so as to be integrated into an electrical cabinet without the risk of breaking or damage. It is preferentially in the form of a flat braided conductive material, for example braided copper wires or strands, possibly all or part tinned. Those skilled in the art will be able to select suitable strand diameters to obtain a flat and flexible conductor, for example strands of 0.15 mm or even 0.20 mm may be used.
  • the flat conductor can also be made from several flat copper conductors, arranged in multilayer to get the desired section.
  • the conductive core is covered with a first insulating layer 20, for example PVC.
  • the thickness of the first insulating layer 20 is for example between 1.9 mm and 2.1 mm, for example 2 mm.
  • a metal screen 30 is sandwiched between said first insulating layer 20 and a second insulating layer 40 of dielectric and mechanical characteristics (materials, dimensions, etc.) for example equivalent to those of the first insulating layer.
  • the outer insulating material may be of different characteristics.
  • the screen 30 is in the form of a thin metal envelope, that is to say with a thickness of the order of 0.1 mm, for example in sheet form. This is usually a thin copper screen.
  • the screen is intended to be connected to earth or ground, for example via the electrical cabinet in which the arrester 1 10 is wired.
  • FIG. 4 illustrates an electric cable 1 according to a particular embodiment, intended to be electrically connected to a protection circuit, for example to a circuit-breaker 121 or a fuse holder 120.
  • An end 1 1 of the central conductive element 10 has a shape adapted to be connected to a circuit breaker 121 or fuse holder 120 with molded housings.
  • the end is pierced with a hole 12 adapted to allow the bolting of the conductive element 10 to the connection pads of the circuit breaker or fuse holder (not shown).
  • Said end can be tinned, and it can be adapted to improve the approach to said connection pads, for example it may be rounded as shown in Figure 4.
  • Figure 5 illustrates another embodiment, suitable for a circuit breaker 121 or a fuse holder 120 provided with cage terminals 121a or 120a.
  • the connection is made using a lug 50 crimp on the central conductor.
  • the conductor has at one of its ends 1 1 an outer profile adapted to cooperate with a recess in a lug 50, said lug being intended to be connected to the circuit breaker 121 or the fuse holder 120.
  • the terminal 50 comprises a tip or sleeve 51 adapted to be inserted into a cage terminal 121a or 122a.
  • the sleeve 51 is an integral part of the central conductor 10, avoiding the use of a crimping lug.
  • FIG. 6 illustrates an example of implantation of the electric cable 1 according to the invention in a switchboard or an electrical cabinet 130, in order to provide an installation 100 for protecting against the overvoltages of an electrical equipment.
  • An electrical cabinet 130 contains a surge arrester 1 10 connected to a circuit breaker 120 via a cable 102 per active conductor to be protected, of length L2.
  • the surge arrester 1 10 is connected, via a cable 103 of length L3, to a ground bar 140.
  • a fuse holder 120 is connected to the inlet and the installation to be protected via a cable 101 by active conductor to be protected, of length L1 (remember that L1 is the cable length in the electrical panel 130, for example the length between the circuit breaker and the terminal block 131 for electrical arrivals).
  • the cable 1 according to the invention is used to produce at least the cable 103 of length L3. It is advantageously pressed against the cabinet 130. Alternatively, it is fixed on a rail (called “DIN rail").
  • the total length of conductors can advantageously reach 2 meters, if the cables L1 and L2 are also cables according to the invention, thereby allowing a cable length much greater than is currently possible with the solutions of the prior art.
  • the total length allowed is lower if the cables L1 and L2 are conventional cables, it is then reduced by the lengths of the cables L1 and L2. If a surge arrester with an integrated disconnector is used (in this case, no fuse holder 120 or circuit-breaker 121, no cable 102, no cable 101), only the length L1 + L3 must be less than or equal to allowed length, for example 2 meters. This makes it possible to have more length of cable 103 and to facilitate its installation in cabinet 130.
  • FIGS. 7A, 7B, 8A, 8B specify the cabinet layout of the flat cable 1 according to the invention, by examples of connection to ground.
  • the flat cable 1 is cut to a length adjusted to the mounting constraints in the electrical cabinet 130, within the limit of 2 meters for example, and it is stripped about 1 cm at its ends to be connected.
  • the central conductor 10 is connected to a circuit breaker or a fuse holder and at the other end, the central conductor is connected to ground.
  • the central conductor connection can be made in different ways, including those described above.
  • the screen 30 is connected to ground.
  • the screen 30 is connected to ground while providing sufficient insulation between the central conductor 10 and the screen 30.
  • the screen 30 is sandwiched by a recovery connector 60.
  • This connector recovery 60 may be formed by two supports of semi-parallelepiped shape adapted to fit the cable 1 at its screen 30, matching the shape thereof. The two supports are brought together to generate a uniform electrical contact on the periphery of the sandwich screen 30, as shown in FIGS. 7A and 7B, the second insulating layer 40 having been previously removed at the contact surface. of the screen 30.
  • the two supports are held tight by two screws 61, 62.
  • the metal screen 30, located between the two insulation layers 20, 40, grounded at its two ends, advantageously greatly reduces the mutual inductance of the circuit and thus contributes to the increase of authorized cable.
  • a ground wire 105 (FIGS. 8A and 8B), of section equal to 6 mm 2, for example, is connected by one of its ends to the recovery connector. 60 so as to shield the screen 30, the other end of the ground wire 105 being connected to a ground terminal 140.
  • the ground wire 105 will be disposed and hooked along the flat cable 1 to its connection to the ground.
  • the driver can be fixed in the cabinet or electrical panel via a "DIN" rail with fasteners, for example every 50 cm.
  • the fasteners will take the cable sandwich, they will be mounted on standard bases for rail 160, for example for a DIN rail.
  • the ground wire 105 may be connected to the ground via the rail.
  • FIGS. 9A and 9B schematize devices implemented to measure the intrinsic and mutual inductance of the conducting cable according to the invention.
  • the conductors used in protection against lightning and overvoltages represent an inductance value of ⁇ ⁇ / m.
  • the usual wiring rules in electrical panels therefore give a value such that the total is approximated to 1 ⁇ / m.
  • the principle of the measurement of the self-inductance is to inject a wave current pulse i of 8/20 ⁇ of known amplitude, and to measure the voltage Up appearing across the tested conductor cable 1, whose the length is also known, for example one meter.
  • This waveform current of 8/20 ⁇ corresponds to the qualification of a type 2 surge arrester, that is to say a surge arrester for the main protection of all low voltage electrical installations. This corresponds to a lightning protection particularly targeted by the invention.
  • the voltage Up is measured according to the principle of the Kelvin method called "4-wire", which makes it possible to overcome the resistance of the conductors and external connection elements to the measured element.
  • FIG. 9A gives an example of a device 200 for carrying out such a measurement, with a pulse generator 201, an oscilloscope 202 for measuring the voltage Up at the terminals of the cable 1 and a toroid 203 for measuring the current i.
  • the conductor can be modeled as consisting essentially of an inductance L and a series resistance R (negligible).
  • the clean inductance value thus measured for a flat cable 1 according to the invention, of width 20 mm for a thickness of 0.9 mm (equivalent effective section greater than 1 6 mm 2 ) is 0.03 ⁇ .
  • the principle of measuring the mutual inductance cumulated with the own inductance is to inject a current pulse of 8/20 ⁇ whose amplitude is known, between an end 1 a of the conductor cable 1 to be measured and the plane of mass 140.
  • the other end 1b of the conductor cable 1 is in short circuit with the ground plane.
  • the voltage Up appearing between the cable, whose length is also known, for example one meter, and the ground plane is measured by placing the cable 1 according to the invention parallel to a ground plane 140 (here, a simulating metal sheet an electrical cabinet wall 130).
  • the conductor may be in contact or more or less close to the ground plane 140 according to whether we want to simulate a measurement "conductive flanged against a cabinet wall" or "DIN rail-mounted conductor". This varies the surface of the loop and thus the inductance of the assembly.
  • FIG. 9B gives an example of device 300 for carrying out such a measurement, with a pulse generator 301, an oscilloscope 302 for measuring the voltage Up at the terminals of the cable 1, a torus 303 for measuring current i, a ground plane 140 to which is connected the end 1b of the cable 1.
  • the value of the mutual inductance cumulated with the self-inductance thus measured for a copper flat cable 1 according to the invention, of width 20 mm for a thickness of 0.9 mm (equivalent effective section greater than 1 6 mm 2 ) is :
  • the invention makes it possible to increase the allowable lengths of wiring to at least 2 meters, or even more depending on how the cable is installed in the electrical panel. This results in a gain in labor (study and implementation), and a sharp reduction in the difficulties of wiring and integration of surge arresters in electrical panels.
  • such a cable can be manufactured by known and existing industrial processes.
  • a description of the process that can be envisaged is described below.
  • the central conductive portion or central core is made in the form of a steel braid, generally made of copper:
  • a plurality of strands constituting the braided conductor are made using fine wires of tin-plated copper (0.15 mm for example), the number of strands constituting the braided conductor being determined according to the section of the flat conductor wanted; the strands are placed on rotary conveyors, each conveyor rotates alternately around the other conveyors, which braids the strands between them, the number of conveyors being adjusted according to the number of strands to be braided;
  • the braid thus obtained is then covered with a first insulating layer, by sheath extrusion, conventionally using polyvinyl chloride (PVC).
  • PVC polyvinyl chloride
  • a screen On the first insulating layer, a screen, more precisely a thin sheet of copper of the order of mm is wrapped around the first insulating sheath.
  • the cable thus obtained is finally covered with a second insulating layer, by sheathing extrusion, conventionally using polyvinyl chloride (PVC).
  • PVC polyvinyl chloride

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Abstract

Câble électrique pour câblage de parafoudre L'invention concerne un câble électrique pour câblage de parafoudre comprenant : - un élément conducteur central souple de forme plate, - une première couche isolante enrobant ledit élément conducteur, - une enveloppe métallique enveloppant ladite première couche isolant, formant écran et destinée à être reliée à une masse, - une deuxième couche isolante enrobant ladite enveloppe métallique, le tout formant un câble de forme plate. L'invention concerne également un dispositif de protection contre les surtensions d'un équipement électrique comprenant : - au moins un parafoudre connecté audit dispositif, - au moins un câble selon l'invention, le conducteur central dudit câble reliant le parafoudre à un plan de masse, l'écran dudit câble étant relié électriquement audit plan de masse.

Description

Câble électrique pour câblage de parafoudre
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention se situe dans le domaine du câblage des parafoudres, plus précisément des parafoudres utilisés pour la protection principale de toutes les installations électriques basse tension. Un parafoudre évite la propagation des surtensions dans les installations électriques et protège les équipements.
L'invention concerne le câblage et l'intégration des parafoudres dans une installation dédiée, telle un tableau électrique ou une armoire électrique. Nous parlerons par la suite indifféremment de tableau ou d'armoire électriques, ce qui devra être interprété de manière plus générique comme une enveloppe qui contient tout ou partie des appareils entrant dans la composition d'un équipement électrique (coffret, tableau, boîtier électriques ...). L'armoire électrique est mise soit à la terre, soit à un potentiel de référence dit masse. On parlera par la suite indifféremment de terre ou de masse. On parle de plan de masse lorsqu'il s'agit d'une surface plate équipotentielle reliée à la terre.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Selon le vocabulaire électrotechnique international, un parafoudre est un appareil destiné à protéger un matériel ou équipement électrique contre les surtensions transitoires élevées et parfois également à limiter la durée et souvent l'amplitude du courant de suite. Un parafoudre protège contre toute surtension, en général causée par la foudre, mais également par d'autres causes par exemple des surtensions industrielles ou de manœuvre, ou des surtensions électrostatiques. On parle aussi dans ce cas de parasurtenseur.
Un parafoudre est un composant électrique dont la fonction est d'écrêter les surtensions apparaissant sur un réseau électrique. Il est en général connecté entre chacun des équipements à protéger et la terre, et ce, pour chaque conducteur actif à protéger. Il est dimensionné en fonction des caractéristiques du réseau (tension, schéma de liaison à la terre, courant de court-circuit ...) mais surtout en fonction de la surtension Uw que l'équipement à protéger peut supporter sur un intervalle de temps très court (de 10 à quelques centaines de με ). Le niveau de protection du parafoudre est défini par la caractéristique Up, qui est essentielle pour dimensionner la protection de l'équipement. Toutefois la performance et l'efficacité d'un parafoudre ne se jouent pas seulement sur sa caractéristique Up. Lors d'un coup direct de la foudre, ou plus généralement de phénomènes générant des surtensions transitoires élevées, la surtension totale subie par un équipement proche (jusqu'à une dizaine de mètres) d'un parafoudre est la somme des surtensions apparaissant aux bornes du parafoudre et des surtensions apparaissant dans les composants et conducteurs reliant le parafoudre au réseau électrique d'une part et à la terre d'autre part. Cette tension est appelée Up réel, comme illustré en figure 1 .
Les surtensions apparaissant aux bornes des conducteurs sont liées à leurs inductances et au courant qui les traverse, plus particulièrement aux variations du courant.
Il est donc avantageux d'utiliser des parafoudres des conducteurs présentant une faible inductance, la surtension dans les conducteurs pour des courants à variation rapides étant principalement due à l'inductance de celui-ci. Celle-ci est principalement due à la longueur du conducteur lui- même. Plus les conducteurs seront courts, plus leur inductance est faible, Il est donc important que les longueurs des conducteurs soient les plus faibles possible.
Les normes internationales IEC 61 643-12 et 62305-4 ainsi que le la norme française NFC 15-100 et le guide associé UTE 15-443 préconisent une longueur totale maximale de 50 cm pour le câblage d'un parafoudre. Cette longueur correspond à une marge de 20% entre Up et la tension de tenue de l'équipement Uw. Une illustration de cette règle ainsi qu'un exemple de câblage en armoire électrique est donné en figure 2.
Au-delà de cette longueur, il existe un risque de dégradation de la protection contre les surtensions et un risque de casse de l'équipement à protéger. Cette règle est en pratique très contraignante et difficile à mettre en œuvre, en particulier pour intégrer un ou plusieurs parafoudres dans un tableau électrique.
L'inductance du conducteur est également due à sa position dans le tableau électrique, et à ses interactions avec d'autres conducteurs. C'est pourquoi une autre règle du guide UTE 15-443 préconise de plaquer les câbles contre la structure métallique du tableau électrique lorsqu'elle existe afin de minimiser la boucle de masse et de bénéficier de l'effet réducteur des perturbations. Autrement dit, il s'agit de diminuer les surfaces de boucles pour abaisser l'inductance mutuelle des câbles.
En outre, les conducteurs doivent avoir une section minimale de 6 mm2 pour des parafoudres de type 2 et de 1 6 mm2 pour des parafoudres de type 1 , et sont généralement en cuivre.
On rappelle que :
- les parafoudres de type 1 sont des parafoudres capables d'écouler un courant de foudre très important, généralement de la terre vers le réseau de distribution d'énergie. Ils sont installés dans le tableau électrique principal lorsque le bâtiment est équipé d'un paratonnerre ;
- les parafoudres de type 2 sont des parafoudres destinés à écouler les courants générés par des coups de foudres indirects et provoquant des surtensions induites ou conduites sur le réseau de distribution d'énergie. Ils sont installés dans le tableau principal de distribution ou dans des tableaux divisionnaires.
Le câblage d'un parafoudre est réalisé usuellement en utilisant des conducteurs industriels cylindriques, rigides ou non, composés d'un ou plusieurs torons multibrins. Leur mise en œuvre dans un tableau électrique n'est pas facile (sertissage de cosses, rigidité du câble, nécessite de passer dans des goulottes qui allongent la longueur des conducteurs, esthétisme ...).
Du fait de leur forme et de leur rigidité ils sont également difficiles à rapprocher et à brider contre les parois métalliques des armoires électriques. Il est également difficile de limiter les surfaces de boucles.
Il existe des brevets relatifs à des câbles cylindriques assurant la fonction parafoudre. Par exemple, le brevet JPH07272551 décrit un câble comprenant une âme (partie centrale), différentes couches d'isolants, ainsi qu'une varistance. L'objectif est de remplacer le dispositif parafoudre. Les performances de ce câble ne sont pas décrites, mais le fait que le composant soit une varistance limite sa capacité à supporter les forts courants de foudre et à gérer sa fin de vie Et surtout il ne répond pas au problème technique posé par le besoin précédemment exprimé, les câbles ayant des diamètres importants du fait des différentes couches.
Un autre brevet US5384429 concerne un conducteur cylindrique permettant de raccorder un parafoudre à un réseau électrique en bénéficiant d'une chute inductive faible. L'âme est séparée de l'écran par un matériau isolant épais (l'épaisseur se déduit du ratio d/D). Ce conducteur ne répond pas également au problème posé, les câbles ayant des diamètres importants du fait des différentes couches et de l'épaisseur de l'isolant.
Le problème est de disposer d'un conducteur qui permette de s'affranchir de la longueur totale maximale de 50 cm pour le câblage d'un parafoudre, tout en conservant son efficacité. Un autre besoin est d'améliorer l'implantation des conducteurs de parafoudre dans une armoire électrique, et ceci, de manière simple et économique, tout en permettant à un opérateur de réaliser un câblage propre et soigné, qui est souvent incompatible avec les contraintes de câblage d'un parafoudre.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l'invention est notamment de répondre au besoin précédemment exprimé. A cet effet, l'invention a pour objet un câble tel que décrit par les revendications.
Plus précisément, l'invention concerne un câble électrique pour câblage de parafoudre comprenant :
- un élément conducteur central souple de forme plate,
- une première couche isolante enrobant ledit élément conducteur, - une enveloppe métallique enveloppant ladite première couche isolant, formant écran et destinée à être reliée à une masse,
- une deuxième couche isolante enrobant ladite enveloppe métallique, le tout formant un câble de forme plate.
Au lieu des termes « câble électrique », on pourra également utiliser le terme « conducteur » ou « conducteur électrique », comme utilisé précédemment.
L'« élément conducteur central » pourra également être nommé « âme » ou « âme conductrice ». On entend par « forme plate » une forme de câble allongée, sensiblement et principalement parallélépipédique, et dont l'épaisseur est très faible par rapport à sa largeur et/ou sa longueur.
Par « écran », il faut comprendre une enveloppe métallique dont les deux extrémités sont reliées à la masse d'un appareil ou à la terre et entourant un ou plusieurs circuits ou composants pour les protéger de l'action des champs électriques, magnétiques ou électromagnétiques extérieurs, ou, inversement, pour les empêcher de créer un tel champ autour d'eux. On parle également de blindage.
La géométrie plate du câble 1 selon l'invention permet de réduire la valeur de l'inductance propre du circuit, notamment grâce à l'effet de peau, lié à une meilleure répartition du courant sur toute la périphérie du conducteur, mais surtout de maîtriser la mutuelle inductance.
En outre, elle rend également plus facile la pose de ces conducteurs dans un tableau électrique. La forme des conducteurs facilite le plaquage de ceux-ci contre une paroi métallique de l'armoire, ce qui contribue à baisser l'inductance mutuelle entre les conducteurs et le plan de masse (généralement, le plan de masse est une paroi plate de l'armoire électrique mise à la terre).
Un écran métallique est pris en sandwich entre deux couches d'isolants et mis à la terre à ses deux extrémités, ce qui permet de maîtriser l'inductance mutuelle et d'augmenter encore plus significativement les longueurs de câblage acceptables.
Le câble selon l'invention permet d'augmenter les longueurs admissibles de câblage au moins à deux mètres. Il en résulte un gain de main d'œuvre (étude et réalisation), et une forte réduction des difficultés de câblage et d'intégration des parafoudres dans les tableaux électriques.
En outre, la fabrication de tels câbles peut être réalisée avec les outils classiques utilisés pour la fabrication des câbles classiques.
Selon un mode particulier, le câble électrique présente une épaisseur extérieure totale inférieure à 8 mm et une largeur totale comprise entre 24 mm et 50 mm.
Selon un mode particulier, l'épaisseur de l'enveloppe métallique du câble électrique est comprise entre 0,07 mm et 0,1 mm. Selon un mode particulier, l'enveloppe métallique est composée de cuivre.
Selon un mode particulier, le conducteur interne est composé de cuivre.
Selon un mode particulier, le conducteur interne est constitué de brins tressés et aplatis.
Selon un mode particulier, la section du conducteur est supérieure à 6 mm2.
Selon un mode préférentiel, la section du conducteur est comprise entre 1 6 et 25 mm2.
Selon un mode particulier, la première couche isolante est composée de Polychlorure de vinyle (PVC).
Selon un mode particulier, la deuxième couche isolante est composée de Polychlorure de vinyle (PVC).
Selon un mode particulier, l'épaisseur de la première couche isolante est comprise entre 1 ,9 mm et 2,1 mm.
Selon un mode particulier, l'épaisseur de la deuxième couche isolante est comprise entre 0,4 mm et 0,6 mm.
Selon un mode particulier, le ratio entre la largeur de l'âme et l'épaisseur de l'âme est supérieur à 10.
Selon un mode particulier, le conducteur interne présente au moins une extrémité percée de sorte à permettre son raccordement électrique, par exemple à un disjoncteur ou un porte-fusible. Cette configuration est particulièrement adaptée à des disjoncteurs ou portes fusibles à boîtiers moulés, les extrémités et percées permettant le boulonnage aux plages de raccordements des disjoncteurs. Les extrémités sont souvent étamées, afin d'obtenir un meilleur contact électrique.
Selon un mode particulier, le conducteur interne présente à l'une de ses extrémités un profil extérieur apte à coopérer avec un évidement dans une cosse, ladite cosse étant destinée à être raccordée électriquement, par exemple à un disjoncteur ou un porte fusible. Cette configuration est particulièrement adaptée à des disjoncteurs ou portes fusibles munis de bornes à cages, la connexion se faisant à l'aide d'une cosse.
L'invention a également pour objet un dispositif de protection contre les surtensions comportant au moins un tel câble. Plus précisément, le dispositif de protection contre les surtensions d'un équipement électrique comprend :
- au moins un parafoudre connecté audit dispositif,
- au moins un câble selon l'invention, le conducteur central dudit câble reliant le parafoudre à un plan de masse, l'écran dudit câble étant relié électriquement audit plan de masse.
Selon un mode préférentiel, le dispositif de protection comprend en outre :
- un porte-fusible ou un disjoncteur,
- un câble reliant le parafoudre au porte-fusible ou au disjoncteur,
- un câble reliant le porte-fusible ou le disjoncteur au réseau électrique, et à l'équipement à protéger,
les câbles étant des câbles selon l'invention.
D'autres moyens pour être mis en œuvre, en alternative au porte- fusible ou au disjoncteur, afin de déconnecter le parafoudre du réseau. On parlera plus généralement de déconnecteur.
Généralement le parafoudre et le porte-fusible ou le disjoncteur ou tout autre déconnecteur sont situés proche du point d'arrivée de l'alimentation. Par conséquent, la longueur L1 entre l'alimentation et le déconnecteur et la longueur L2 entre le déconnecteur et le parafoudre sont faibles et peuvent être réalisés par des câbles standards.
DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et qui est donnée à titre non limitative et grâce aux figures suivantes annexées :
- la figure 1 illustre un schéma de principe d'implantation d'un parafoudre ;
- la figure 2 illustre un exemple de câblage d'un parafoudre dans une armoire électrique, mis en lien avec les préconisations du guide UTE 15-443 ;
- la figure 3 illustre un exemple de réalisation d'un câble électrique pour parafoudre selon l'invention ;
- la figure 4 illustre un câble électrique selon un autre exemple de réalisation ; - la figure 5 illustre un câble électrique selon un autre exemple de réalisation ;
- la figure 6 illustre une installation de protection selon l'invention ;
- la figure 7 A illustre une adaptation du câble électrique destinée à implanter celui-ci dans une armoire électrique ;
- la figure 7B illustre un connecteur métallique de reprise de l'écran pour l'implantation du câble dans une armoire électrique ;
- la figure 8A montre un câble doté d'un connecteur métallique de reprise et enveloppé d'une gaine ;
- la figure 8B montre un câble doté d'un connecteur métallique de reprise et enveloppé d'une gaine et monté sur rail ;
- la figure 9A schématise le dispositif mis en œuvre pour mesurer l'inductance propre du câble selon l'invention ;
- la figure 9B schématise le dispositif mis en œuvre pour mesurer l'inductance mutuelle et propre selon l'invention.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La figure 1 , qui illustre un schéma de principe d'implantation d'un parafoudre, a déjà été en partie commentée dans l'introduction de la présente demande. Elle présente un schéma électrique comprenant un parafoudre 1 10 relié à un fusible 120 via un câble 102 de longueur L2 pour le neutre N et un parafoudre 1 10' relié à un fusible 1 20' via un câble 102' de longueur L2' pour la phase P. Chaque parafoudre est relié, via un câble 103, 103' de longueur L3, L3', à une barre de terre locale 140, ou barre de terre de l'armoire, ou encore plan de masse. Enfin, chaque fusible 120, 120' est relié au réseau électrique, et à l'équipement à protéger via un câble 101 , 101 ' de longueur L1 , Ι_1 '. Dans cette figure, il y a deux parafoudres, un par conducteur actif (N et P) à protéger.
La figure 2, qui illustre un exemple de câblage d'un parafoudre dans un tableau électrique a également déjà été en partie commentée dans l'introduction de la présente demande. Dans cette figure, il y a un parafoudre intégré avec deux liaisons, une par conducteur actif à protéger (ici neutre N et phase P pour du monophasé). Un tableau électrique 130 est représenté en pointillés. Il renferme un parafoudre 1 10 relié à deux déconnecteurs, par exemple des disjoncteurs 121 et 121 ' via deux câbles 102 et 102' de longueur L2 et L2'. Le parafoudre 1 10 est relié, via un câble 103 de longueur L3, à une barre de terre 140 par l'intermédiaire d'un bornier de terre intermédiaire 141 , lequel est connecté à une prise de terre 150. Les disjoncteurs 121 , 121 ' sont reliés à l'arrivée électrique via deux câbles 101 et 101 ' de longueur L1 et L1 ' (L1 et L1 ' correspondent aux longueurs des câbles dans le tableau électrique, dans l'exemple il s'agit des longueurs de câbles comprises entre le disjoncteur 121 et les borniers de raccordement 131 , 131 ' à l'arrivée électrique).
Les câbles 104, 104' d'arrivée électrique en provenance du réseau répondent aux préconisations du guide associé UTE 15-443 et sont regroupés sur un même côté du tableau électrique 130. Pour éviter de mélanger câbles perturbés et câbles protégés, les câbles 104, 104' sont séparés des câbles 105, 105' de départ vers l'installation électrique à protéger. La somme des longueurs L1 +L2+L3 (et L1 '+L2'+L3) doivent avoir une longueur totale inférieure ou égale à 50 cm pour des câbles classiques.
La figure 3 illustre un exemple de réalisation d'un câble électrique pour parafoudre selon l'invention.
Le câble 1 comprend un conducteur central 10 de forme plate, dont la section est par exemple au moins supérieure ou égale à 4 mm2 et de préférence supérieure ou égale à 10 mm2. En pratique, pour conserver sa souplesse, le conducteur central 10 présente par exemple une section inférieure ou égale à 25 mm2.
Dans un mode de réalisation particulier, le conducteur présente une section utile équivalente d'au moins 16 mm2 avec une largeur de 20 mm et une épaisseur de 1 ,9 mm. Le conducteur central 10 est souple, suffisamment pour être courbé et plié, et ce, de manière à être intégré dans une armoire électrique sans risquer de casser ou de s'abîmer. Il se présente préférentiellement sous la forme d'un matériau conducteur tressé plat, par exemple de fils ou brins de cuivre tressés, éventuellement tout ou partie étamés. L'homme du métier saura sélectionner des diamètres de brins adaptés pour obtenir un conducteur plat et souple, par exemple des brins de 0,15 mm, voire de 0,20 mm peuvent être utilisés.
Le conducteur plat peut également être réalisé en partant de plusieurs conducteurs plats en cuivre, disposés en multicouches jusqu'à obtenir la section voulue.
L'âme conductrice est recouverte d'une première couche isolante 20, par exemple du PVC.
L'épaisseur de la première couche isolante 20 est par exemple comprise entre 1 ,9 mm et 2,1 mm, par exemple 2 mm.
Un écran métallique 30 est pris entre en sandwich entre ladite première couche isolante 20 et une deuxième couche isolante 40 de caractéristiques diélectriques et mécaniques (matériaux, dimensions ...) par exemple équivalentes à celles de la première couche isolante.
Alternativement, le matériau isolant externe peut être de caractéristiques différentes.
L'écran 30 se présente sous la forme d'une enveloppe métallique mince, c'est-à-dire d'épaisseur de l'ordre de 0,1 mm, par exemple sous forme de feuille. Il s'agit en général d'un écran mince en cuivre. L'écran est destiné à être relié à la terre ou à la masse, par exemple via l'armoire électrique dans laquelle le parafoudre 1 10 est câblé.
La figure 4 illustre un câble électrique 1 selon un mode de réalisation particulier, destiné à être raccordé électriquement à un circuit de protection, par exemple à un disjoncteur 121 ou un porte-fusible 120. Une extrémité 1 1 de l'élément conducteur central 10 présente une forme adaptée pour être raccordée à un disjoncteur 121 ou un porte-fusible 120 à boîtiers moulés. Dans cet exemple, l'extrémité est percée d'un trou 12 apte à permettre le boulonnage de l'élément conducteur 10 aux plages de raccordement du disjoncteur ou du porte-fusible (non représentés). Ladite extrémité peut être étamée, et elle peut être adaptée pour améliorer l'approche auxdites plages de raccordement, par exemple elle peut être arrondie comme illustré dans la figure 4.
La figure 5 illustre un autre mode de réalisation, adaptée pour un disjoncteur 121 ou un porte-fusible 120 munis de bornes à cages 121 a ou 120a. Le raccordement se fait à l'aide d'une cosse 50 à sertir sur le conducteur central. Dans ce cas, le conducteur présente à l'une de ses extrémités 1 1 un profil extérieur apte à coopérer avec un évidement dans une cosse 50, ladite cosse étant destinée à être raccordée au disjoncteur 121 ou au porte-fusible 120. Par exemple, la cosse 50 comprend un embout ou manchon 51 adapté pour être inséré dans une borne à cage 121 a ou 122a. Dans un autre mode de réalisation possible, le manchon 51 fait partie intégrante du conducteur central 10, évitant l'utilisation d'un cosse à sertir.
La figure 6 illustre un exemple d'implantation du câble électrique 1 selon l'invention dans un tableau ou une armoire électrique 130, pour réaliser une installation 100 de protection contre les surtensions d'un équipement électrique.
Une armoire électrique 130 renferme un parafoudre 1 10 relié à un disjoncteur 120 via un câble 102 par conducteur actif à protéger, de longueur L2. Le parafoudre 1 10 est relié, via un câble 103 de longueur L3, à une barre de terre 140. Un porte-fusible 120 est relié à l'arrivée et à l'installation à protéger via un câble 101 par conducteur actif à protéger, de longueur L1 (on rappelle que L1 est la longueur de câble dans le tableau électrique 130, par exemple la longueur comprise entre le disjoncteur et le bornier de raccordement 131 pour les arrivées électriques).
Le câble 1 selon l'invention est utilisé pour réaliser au moins le câble 103 de longueur L3. Il est avantageusement plaqué contre l'armoire 130. Alternativement, il est fixé sur un rail (dit « rail DIN »).
La longueur totale de conducteurs peut avantageusement atteindre 2 mètres, si les câbles L1 et L2 sont également des câbles selon l'invention, autorisant ainsi une longueur de câble bien supérieure à ce qui est actuellement possible avec les solutions de l'art antérieur.
La longueur totale autorisée est inférieure si les câbles L1 et L2 sont des câbles classiques, elle est alors diminuée des longueurs des câbles L1 et L2. En cas d'utilisation d'un parafoudre avec un déconnecteur intégré (dans ce cas, pas de porte-fusible 120 ou disjoncteur 121 , pas de câble 102, ni de câble 101 ), seule la longueur L1 +L3 doit être inférieure ou égale à longueur autorisée, par exemple 2 mètres. Ceci permet d'avoir davantage de longueur de câble 103 et de faciliter son installation dans l'armoire 130.
Les figures 7A, 7B, 8A, 8B précisent l'implantation en armoire du câble plat 1 selon l'invention, par des exemples de connexion à la masse.
Le câble plat 1 est coupé à une longueur ajustée aux contraintes de montage dans l'armoire électrique 130, dans la limite de 2 mètres par exemple, et il est dénudé sur environ 1 cm à ses extrémités pour être raccordé. A une première extrémité du câble, le conducteur central 10 est relié à un disjoncteur ou un porte-fusible et à l'autre extrémité, le conducteur central est relié à la masse. La connexion du conducteur central peut être réalisée de différentes façons, notamment selon celles décrites précédemment. A chacune de ces extrémités, l'écran 30 est relié à la masse.
L'écran 30 est connecté à la masse tout en assurant une isolation suffisante entre le conducteur central 10 et l'écran 30. A cet effet, l'écran 30 est pris en sandwich par un connecteur de reprise 60. Ce connecteur de reprise 60 peut être formé par deux supports de forme semi- parallélépipédique aptes à emboîter le câble 1 au niveau de son écran 30, épousant la forme de celui-ci. Les deux supports sont rassemblés de manière à générer un contact électrique uniforme sur la périphérie de l'écran 30 prise en sandwich, comme illustré dans les figures 7A et 7B, la deuxième couche isolante 40 ayant été préalablement retirée au niveau de la surface de contact de l'écran 30. Les deux supports sont maintenus serrés par deux vis 61 , 62.
L'écran métallique 30, situé entre les deux couches d'isolant 20, 40, mis à la masse à ses deux extrémités, permet avantageusement de diminuer fortement l'inductance mutuelle du circuit et concourt ainsi à l'augmentation de câble autorisée.
Pour supprimer tout risque d'amorçage, une distance minimale de 10 mm est respectée, à chaque extrémité, entre l'âme 10 du câble plat 1 et l'écran 30 de celui-ci.
Un fil de terre 105 (figure 8A et 8B), de section égale à 6mm2 par exemple, est connecté par l'une de ses extrémités au connecteur de reprise 60 de manière à mettre l'écran 30 à la terre, l'autre extrémité du fil de terre 105 étant reliée à une borne de terre 140. Dans le cas d'une enveloppe d'armoire non conductrice, le fil de terre 105 sera disposé et accroché le long du câble plat 1 jusqu'à sa connexion à la terre.
Comme illustré en figures 8A et 8B, une fois le montage effectué une nouvelle couche d'isolation peut être réalisée sur le câble 1 pris en sandwich par le connecteur de reprise 60. Cette isolation supplémentaire peut être assurée par une aide d'une gaine 70 thermo-rétractable, isolée à 6kV par exemple.
II est avantageux de bien fixer le câble plat 1 car celui-ci est souple et peut être soumis à des efforts électrodynamiques importants lorsqu'il est traversé par le courant de foudre ou en cas de court-circuit à fréquence industrielle. Le conducteur pourra être fixé dans l'armoire ou le tableau électrique par l'intermédiaire d'un rail « DIN » à l'aide de fixations, par exemple tous les 50 cm. Les fixations prendront le câble en sandwich, elles seront montées sur des embases standard pour rail 160, par exemple pour un rail DIN. Dans ce cas, le fil de terre 105 peut être connecté à la terre via le rail.
Les figures 9A et 9B schématisent des dispositifs mis en œuvre pour mesurer l'inductance propre et mutuelle du câble conducteur selon l'invention.
En préambule, on considère que les conducteurs utilisés en protection contre la foudre et les surtensions représentent une valeur d'inductance de Ι μΗ/m. Cela représente la somme d'une inductance propre (typiquement 0,2 μΗ/m pour du conducteur de 1 6 mm2) et d'une mutuelle inductance entre le conducteur porteur de surtensions et le circuit de retour, à la terre ou à la masse. Cette dernière dépend de la boucle réalisée et donc de la façon dont est réalisé le câblage. Les règles habituelles de câblage dans les tableaux électriques donnent donc une valeur telle que le total est approximé à 1 μΗ/m. C'est pour cette valeur limite que, pour des conducteur conventionnels, il est important de respecter les règles de câblage guide UTE 15-443 notamment en réduisant au maximum non seulement la longueur des conducteurs mais aussi la distance entre les conducteurs de câblage du parafoudre et le plan de masse c'est-à-dire les parois de l'armoire électrique. En comparaison aux exemples de valeurs ci-dessus, nous décrivons ci-dessous le mode de mesure des inductances linéiques du câble 1 selon l'invention, et les résultats obtenus.
Le principe de la mesure de l'inductance propre est d'injecter une impulsion de courant i de forme d'onde de 8/20 με d'amplitude connue, et de mesurer la tension Up apparaissant aux bornes du câble conducteur 1 testé, dont la longueur est également connue, par exemple un mètre. Ce courant de forme d'onde de 8/20 με correspond à la qualification d'un parafoudre de type 2, c'est-à-dire un parafoudre pour la protection principale de toutes les installations électriques basse tension. Ceci correspond à une protection parafoudre notamment visée par l'invention. La tension Up est mesurée selon le principe de la méthode Kelvin dite « 4 fils », ce qui permet de s'affranchir de la résistance des conducteurs et des éléments de connexions extérieures à l'élément mesuré.
La figure 9A donne un exemple de dispositif 200 pour réaliser une telle mesure, avec un générateur d'impulsion 201 , un oscilloscope 202 pour mesurer la tension Up aux bornes du câble 1 et un tore 203 de mesure de courant i.
Le conducteur peut être modélisé comme étant essentiellement composé d'une inductance L et d'une résistance série R (négligeable). La tension à ses bornes Up répond donc à la loi suivante : Up=L(di/dt)+Ri(t).
La valeur d'inductance propre ainsi mesurée pour un câble plat 1 selon l'invention, de largeur 20 mm pour une épaisseur de 0,9mm (section utile équivalente supérieure à 1 6 mm2) est de 0,03μΗΛη.
Le principe de mesure de la mutuelle inductance cumulée avec l'inductance propre est d'injecter une impulsion de courant de forme 8/20 με dont l'amplitude est connue, entre une extrémité 1 a du câble conducteur 1 à mesurer et le plan de masse 140. L'autre extrémité 1 b du câble conducteur 1 est en court-circuit avec le plan de masse. La tension Up apparaissant entre le câble, dont la longueur est également connue, par exemple un mètre, et le plan de masse est mesurée en plaçant le câble 1 selon l'invention parallèlement à un plan de masse 140 (ici, une tôle métallique simulant une paroi d'armoire électrique 130). Le conducteur peut être en contact ou plus ou moins proche du plan de masse 140 suivant que l'on veuille simuler une mesure « conducteur bridé contre une paroi d'armoire électrique » ou « conducteur fixé sur rail DIN ». Ceci fait varier la surface de la boucle et donc l'inductance du montage.
La figure 9B donne un exemple de dispositif 300 pour réaliser une telle mesure, avec un générateur d'impulsion 301 , un oscilloscope 302 pour mesurer la tension Up aux bornes du câble 1 , un tore 303 de mesure de courant i, un plan de masse 140 auquel est connectée l'extrémité 1 b du câble 1 .
La valeur de la mutuelle inductance cumulée avec l'inductance propre ainsi mesurée pour un câble plat 1 en cuivre selon l'invention, de largeur 20 mm pour une épaisseur de 0,9 mm (section utile équivalente supérieure à 1 6 mm2) est :
- 0,13 μΗ/m pour une pose « plaquée contre les parois de l'armoire »
- 0.21 μΗ/m pour une pose « fixée sur rail DIN » On retient la dernière configuration, qui est la plus pénalisante en termes de dimensionnement, et qui est en outre plus aisée de mise en œuvre dans une armoire électrique. On rappelle que pour une inductance de Ι μΗ/m la longueur de conducteur admise est de 50 cm. La relation liant l'inductance à la longueur est assimilable à une relation proportionnelle.
L'invention permet d'augmenter les longueurs admissibles de câblage jusqu'à au moins 2 mètres, voire au-delà en fonction de la manière dont le câble est installé dans le tableau électrique. Il en résulte un gain de main d'œuvre (étude et réalisation), et une forte réduction des difficultés de câblage et d'intégration des parafoudres dans les tableaux électriques.
En outre, un tel câble est peut être fabriqué grâce à des procédés industriels connus et existants. A titre d'exemple, une description du procédé envisageable est décrite ci-après.
La partie centrale conductrice ou âme centrale est réalisée sous forme d'une tresse en acier, généralement en cuivre :
- on fabrique plusieurs brins constituant le conducteur tressé à l'aide à l'aide de fils fins de cuivre étamé (0,15 mm par exemple), le nombre de brins constituant le conducteur tressé étant déterminé en fonction de la section du conducteur plat voulue ; - on place les brins sur des transporteurs rotatifs, chaque transporteur tourne alternativement autour des autres transporteurs, ce qui tresse les brins entre eux, le nombre de transporteurs étant ajusté en fonction du nombre de brins à tresser ;
- on passe ensuite la tresse entre deux matrices pressant le conducteur pour la mise en forme finale du conducteur plat.
La tresse ainsi obtenue est ensuite recouverte d'une première couche isolante, par extrusion gainage, en utilisant classiquement du polychlorure de vinyle (PVC).
Sur la première couche isolante, un écran, plus précisément une fine feuille de cuivre de l'ordre du mm est enrubannée autour de la première gaine isolante.
Le câble ainsi obtenu est enfin recouvert d'une deuxième couche isolante, par extrusion gainage, en utilisant classiquement du polychlorure de vinyle (PVC).

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Câble électrique (1 ) pour câblage de parafoudre comprenant :
- un élément conducteur central (10) souple de forme plate ;
- une première couche isolante (20) enrobant ledit élément conducteur,
- une enveloppe métallique (30) enveloppant ladite première couche isolante (20), formant écran et destinée à être reliée à une masse ;
- une deuxième couche isolante (40) enrobant ladite enveloppe métallique ;
le tout formant un câble de forme plate.
2) Câble électrique (1 ) selon la revendication 1 dont l'épaisseur extérieure totale est inférieure à 8 mm et la largeur totale est comprise entre 24 mm et 50 mm.
3) Câble électrique (1 ) selon l'une des revendications 1 ou 2, l'épaisseur de l'enveloppe métallique (30) étant entre 0,07 mm et 0,1 mm.
4) Câble électrique (1 ) selon l'une des revendications 1 ou 3, l'enveloppe métallique (30) étant composée de cuivre.
5) Câble électrique (1 ) selon l'une des revendications 1 à 4, le conducteur interne (10) étant composé de cuivre.
6) Câble électrique (1 ) selon l'une des revendications 1 à 5, le conducteur interne (10) étant constitué de brins tressés et aplatis. 7) Câble électrique (1 ) selon l'une des revendications 1 à 6, la section du conducteur (10) étant supérieure à 6 mm2.
8) Câble électrique (1 ) selon la revendication 7, la section du conducteur (10) étant comprise entre 1 6 et 25 mm2.
9) Câble électrique (1 ) selon l'une des revendications 1 à 8, la première couche isolante (20) étant composée de Polychlorure de vinyle (PVC).
10) Câble électrique (1 ) selon l'une des revendications 1 à 9, la deuxième couche isolante (20) étant composée de Polychlorure de vinyle (PVC). 1 1 ) Câble électrique (1 ) selon l'une des revendications 1 à 10, l'épaisseur de la première couche isolante (20) étant comprise entre 1 ,9 mm et 2,1 mm.
12) Câble électrique (1 ) selon l'une des revendications 1 à 1 1 , l'épaisseur de la deuxième couche isolante (40) étant comprise entre 0,4 mm et 0,6 mm. 13) Câble électrique (1 ) selon l'une des revendications 1 à 12, le ratio entre la largeur de l'âme et l'épaisseur de l'âme est supérieur à 10.
14) Câble électrique (1 ) selon l'une des revendications 1 à 13, le conducteur interne (10) présentant au moins une extrémité (1 1 ) percée de sorte à permettre son raccordement électrique, par exemple à un disjoncteur (121 ) ou un porte-fusible (120).
15) Câble électrique (1 ) selon l'une des revendications 1 à 14, le conducteur interne (10) présentant à l'une de ses extrémités (1 1 ) un profil extérieur apte à coopérer avec un évidement dans une cosse, ladite cosse étant destinée à être raccordée électriquement, par exemple à un disjoncteur (121 ) ou un porte fusible (120).
16) Dispositif (100) de protection contre les surtensions d'un équipement électrique comprenant :
- au moins un parafoudre (1 10) connecté audit dispositif,
- au moins un câble (103) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le conducteur central (10) dudit câble reliant le parafoudre à un plan de masse,
l'écran (30) dudit câble étant relié électriquement audit plan de masse.
17) Dispositif (100) selon la revendication 1 6 comprenant en outre :
- un porte-fusible (120) ou un disjoncteur (121 ),
- un câble (102) reliant le parafoudre au porte-fusible (120) ou au disjoncteur (121 ),
- un câble (101 ) reliant le porte-fusible (120) ou le disjoncteur (121 ) au réseau électrique, et à l'équipement à protéger,
les câbles (101 ), (102) étant des câbles selon l'une des revendications 1 à 1 6.
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