FR2609580A1

FR2609580A1 - Lightning-arrester module for protection against industrial overvoltages

Info

Publication number: FR2609580A1
Application number: FR8700200A
Authority: FR
Inventors: Jean-Luc Finzel
Original assignee: FINZEL JEAN LUC
Current assignee: FINZEL JEAN LUC
Priority date: 1987-01-08
Filing date: 1987-01-08
Publication date: 1988-07-15

Abstract

Electrical module for protection against lightning and industrial overvoltages. Protection module characterised in that it is composed, between each phase P and earth T, of a basic arrangement 1, 2 comprising, shunted, a discharger and a first varistor, the arrangement is supplemented, in order to constitute a TT cell, with a choke L taken to earth through a second varistor. This invention is of interest to the manufacturers of lighting arrestors and electrical protection hardware.

Description

La présente invention se rapporte à un module pour la protection des appareils électriques contre la foudre et les surtensions industrielles. The present invention relates to a module for protecting electrical devices against lightning and industrial overvoltages.

Plus particulièrement, l'invention se situe dans le domaine de la protection électrique des réseaux téléphoniques et des réseaux d'alimentation électrique en basse tension alternative domestique et industrielle ainsi que des appareils raccordés à une antenne. Telle concerne la protection contre les surtensions provoquées autant par des phénomènes naturels, par exemple la foudre, que par des parasites électriques générés par des machines industrielles ou toutes autres perturbations électriques importantes. More particularly, the invention relates to the field of electrical protection of telephone networks and of low-voltage alternative domestic and industrial power supply networks as well as of devices connected to an antenna. This concerns protection against overvoltages caused as much by natural phenomena, for example lightning, as by electrical parasites generated by industrial machines or any other significant electrical disturbances.

S'il existe déjà de nombreux parafoudres sur le marché, il s'est avéré que ceux-ci présentent tous au moins trois défauts. If there are already many surge protectors on the market, it has been found that they all have at least three faults.

Tout d'abord, de structure beaucoup trop fragile, ces parafoudres doivent être remplacés pratiquement après chaque orage dans les régions montagneuses, particulièrement exposées aux intempéries. De ce fait, on peut citer qu'il est advenu que des industriels corses remplacent leur parafoudre té lé- phonique jusqu'à vingt cinq fois en une seule saison, ce qui laisse pécuniairement beaucoup à désirer quant à la qualité de la protection. First of all, their structure is far too fragile, these surge arresters must be replaced practically after each storm in mountainous regions, particularly exposed to bad weather. As a result, one can cite that it has happened that Corsican manufacturers have replaced their telephone surge protector up to twenty-five times in a single season, which leaves much to be desired in terms of the quality of protection.

Ensuite, en ce qui concerne plus particulièrement le réseau alternatif de distribution de tension domestique et industrielle et toujours pour des raisons de prix, les concepteurs de parafoudre n'ont jusqu'alors protégé que la phase du circuit, laissant le neutre en liaison directe parce qu'il est, dans les installations monophasées, le plus souvent relié directement à la terre En réalité, cette liaison directe à la terre sert de pontage et permet à la pointe de tension normalement dérivée à la terre, de s'écouler par le neutre pour venir endommager l'appareil à protéger de la même manière qu'elle i'aurait fait par la phase, sans I' interposition du parafoudre. Là encore, le problème de la protection totalement efficace n'est pas résolu. Then, as regards more particularly the alternative network of distribution of domestic and industrial tension and always for reasons of price, the designers of surge arrester hitherto only protected the phase of the circuit, leaving the neutral in direct connection because that it is, in single-phase installations, most often connected directly to earth In reality, this direct connection to earth serves as a bridging and allows the voltage spike normally derived to earth, to flow through the neutral to damage the device to be protected in the same way as it would have done by the phase, without the interposition of the arrester. Again, the problem of fully effective protection has not been resolved.

Finalement, dans les deux cas, d'une part du réseau téléphonique et d'autre part du réseau secteur de distribution de tension, certains composants appelés éclateurs à gat, sont utilisés à mauvais escient. En effet, lorsqu'ils absorbent la crête formée par l'excédent de tension, ces éciateurs présentent la propriété d'être parfaitement conducteurs. De ce fait, ils provoquent un court -circuit sur le réseau, et déclenchent le disjoncteur différentiel d'alimentation, ce qui est particulièrement dommageable s'il s'agit d'un appareil de surveillance, d'un banc d'essai ou d'un appareil de contrôle médical. Finally, in both cases, on the one hand of the telephone network and on the other hand of the voltage distribution sector network, certain components called gat spark gaps, are used improperly. In fact, when they absorb the crest formed by the excess voltage, these eciators have the property of being perfectly conductive. Therefore, they cause a short-circuit on the network, and trip the residual current circuit breaker, which is particularly harmful if it is a monitoring device, a test bench or d '' a medical monitoring device.

II s' avère donc que les modules de protection actuellement disponibles présentent de nombreux défauts. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. It therefore turns out that the protection modules currently available have many faults. The present invention aims to overcome these drawbacks.

Elle a en effet pour objet un module de parafoudre pour réseau téléphonique et basse tension alternative, caractérisé en ce qu'il se compose, entre chaque phase et la terre, d'un montage de base comprenant en dérivation un éclateur et une première varistance, le montage étant complété pour constituer une cellule en TT par une self rappelée à la terre à travers une deuxième varistance. Its purpose is in fact a surge arrester module for a telephone network and low-voltage AC, characterized in that it is composed, between each phase and the earth, of a basic assembly comprising a bypass spark gap and a first varistor, the assembly being completed to constitute a TT cell by a choke recalled to the ground through a second varistor.

Le module parafoudre objet de l'invention présente de nombreux avantages dont on ne citera ci-après que les plus importants - la durée de vie de ces modules est pratiquement
infinie dans les conditions habituelles de fonction
nement - la qualité de la protection autant en intensité
qu'en tension est quasi-parfaite - tous les pôles du générateur de tension sont syme-
triquement écrêtés, évitant de ce fait la
détérioration de l'appareil à protéger ; - le court-circuit faisant déclencher le disjoncteur
est définitivement évité.The surge arrester module which is the subject of the invention has numerous advantages, the most important of which will be mentioned below - the lifetime of these modules is practically
infinite under the usual conditions of function
the quality of the protection as much in intensity
that in tension is almost perfect - all the poles of the voltage generator are sy-
tricement clipped, thereby avoiding the
damage to the device to be protected; - the short circuit causing the circuit breaker to trip
is definitely avoided.

L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, dans le cas de deux exemples d'application expliqués en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels - la figure 1 est le schéma électrique du module selon
l'invention dans son application monophasée - la figure 2 est le schéma électrique du module
conforme à l'invention dans sa version triphasée
sans neutre.The invention will be better understood thanks to the description below, which relates to an embodiment given by way of nonlimiting example, in the case of two application examples explained with reference to the appended schematic drawings, in which - Figure 1 is the electrical diagram of the module according to
the invention in its single-phase application - Figure 2 is the electrical diagram of the module
according to the invention in its three-phase version
without neutral.

Conformément à l'invention et comme le montre, à titre d'exemple non limitatif, la figure 1, le module de protection se compose de deux montages de base 1 et 2 entre la phase P et la terre T ,'our le premier et entre le neutre N et la terre T pour le second. Les deux montages sont identiques dans leur constitution. In accordance with the invention and as shown, by way of nonlimiting example, FIG. 1, the protection module consists of two basic assemblies 1 and 2 between phase P and earth T, 'for the first and between neutral N and earth T for the second. The two assemblies are identical in their constitution.

On examinera tout d'abord le premier montage de base 1 qui est constitué par un éclateur, par exemple à gaz El, monté dans une douille, qui a pour but d'absorber la pointe de tension pouvant endommager l'appareil à protéger, pendant toute la période de Tonde de choc. We will first examine the first basic assembly 1 which consists of a spark gap, for example El gas, mounted in a socket, which aims to absorb the voltage spike that can damage the device to protect, during the whole period of shock shock.

En série, avec cet éclateur, se trouve placé une première varistance VI de tension identique ou voisine à la différence de potentiel moyenne en service, de façon à éviter de court-circuiter le générateur de tension, en général le réseau de distribution de tension, pendant la durée de conduction de l'éclateur El. In series, with this spark gap, is placed a first varistor VI of voltage identical or close to the difference in average potential in service, so as to avoid short-circuiting the voltage generator, in general the voltage distribution network, during the conduction time of the spark gap El.

Ce premier montage écrêteur de tension est complété dans sa branche transversale pour constituer une cellule en TT par une self L1, destinée à lisser la tension précédemment écrêtée et à limiter le courant, par exemple dans le cas d'applications courantes d'appareils de valeur à protéger, à une intensité moyenne d'environ six ampères. This first voltage clipping assembly is completed in its transverse branch to constitute a TT cell by an inductor L1, intended to smooth the previously clipped voltage and to limit the current, for example in the case of current applications of valuable devices to protect, at an average intensity of about six amps.

La troisième branche de la cellule en T7 est raccordée à la terre en aval de la self L1 à travers une seconde varistance V2
Celle-ci limite définitivement la surtension résiduelle à la différence de potentiel moyenne voulue et l'intensité moyenne tolérée à environ six ampères.The third branch of the cell in T7 is connected to the ground downstream of the self L1 through a second varistor V2
This definitively limits the residual overvoltage to the difference in average potential desired and the average intensity tolerated to approximately six amps.

L'excédent de courant et de tension est ainsi évacué à la terre, c'est-à-dire au point possédant la différence de potentiel la plus basse, de manière à ne pas nuire, même en période de sollicitation du parafroudre, au bon fonctionnement de l'ensemble. The excess of current and voltage is thus evacuated to the earth, that is to say at the point having the lowest potential difference, so as not to harm, even during the period of use of the arrester, the correct functioning of the whole.

Le montage de base est répété en parallèle entre le neutre et la terre par le deuxième montage de base 2 qui est essentiellement constitué par la répétition symétrique du premier montage de base 1 placé entre la phase et la terre. The basic assembly is repeated in parallel between the neutral and the earth by the second basic assembly 2 which is essentially constituted by the symmetrical repetition of the first basic assembly 1 placed between the phase and the earth.

Le deuxième montage de base 2 disposé entre le neutre et la terre comporte les mêmes composants que le premier montage référencés E2, V3, L2, V4. The second base assembly 2 arranged between the neutral and the earth comprises the same components as the first assembly referenced E2, V3, L2, V4.

La valeur de la seconde varistance V2 détermine la limitation de l'intensité dérivée et la tension de sortie à la valeur souhaitée. The value of the second varistor V2 determines the limitation of the derived current and the output voltage to the desired value.

Selon une autre application de l'invention, ce tope de montage convient à la protection et au
lissage de toutes tensions alternatives moyennes comprises entre 4 volts et 440 volts. De ce fait, il est possible d'adapter le montage au réseau téléphonique (60 volts, sa volts) comme au réseau basse tension mono ou triphasé (220 - 350 - 442 volts).According to another application of the invention, this mounting top is suitable for the protection and
smoothing of all average alternating voltages between 4 volts and 440 volts. Therefore, it is possible to adapt the assembly to the telephone network (60 volts, sa volts) as to the low voltage single or three-phase network (220 - 350 - 442 volts).

Bien entendu, dans le cas de tensions polu- phasées, il faudra prévoir, entre chaque phase et la terre, autant de montages de base qu' i I existe de phases plus un montage supplémentaire protégeant le neutre. Of course, in the case of multiphase voltages, it will be necessary to provide, between each phase and the earth, as many basic arrangements as there are phases plus an additional arrangement protecting the neutral.

On a représenté à titre d'exemple sur la figure 2 un montage en réseau triphasé sans neutre. An example is shown in Figure 2 of a three-phase network installation without neutral.

Les trois phases P1, P2 et P3 sont chacune reliées à
la terre T par un montage de base 1, 2 et 3. Les composants du troisième montage sont référencés par analogie E3, V5, L3 et V6.The three phases P1, P2 and P3 are each linked to
earth T by a basic assembly 1, 2 and 3. The components of the third assembly are referenced by analogy E3, V5, L3 and V6.

Le branchement du module de parafoudre conforme à l'invention s'effectue de manière très simple, quels que soient les types de modules de protection concernés. The connection of the surge arrester module according to the invention is very simple, whatever the types of protection modules concerned.

On examinera ci-après les principales applications
Modules pour la protection d'un réseau téléphonique ils comportent une série de trois picots carrés d'entrée sur lesquels les fils s'enroulent selon la technique dite du wrapping. Au niveau de la sortie, deux variantes sont possibles, soit par une série de trois picots sur lesquels on enroule les fils, identiques à ceux de l'entrée, soit par une embase femelle acceptant les conjoncteurs téléphoniques normalisés et agréés sur le marché. The main applications will be examined below.
Modules for the protection of a telephone network they include a series of three square input pins on which the wires are wound according to the technique known as wrapping. At the output, two variants are possible, either by a series of three pins on which the wires are wound, identical to those of the input, or by a female receptacle accepting telephone contactors standardized and approved on the market.

Modules pour la protection du réseau 220-30-440 volts
Là encore, deux modèles sont proposés. Le premier comporte un bornier à vis de trois plots à l'entrée, acceptant une section de câbles électriques de 2,j mm2, la sortie se branchant via une embase secteur normalisée avec branchement de terre. Le second se présente sous la forme d'un module pouvant être monté sur les rails normalisés et, de ce fait, incorporé à tout type de tableau électrique, le branchement à l'entrée et à la sortie se faisant alors par des languettes à vis.Modules for network protection 220-30-440 volts
Again, two models are offered. The first has a screw terminal block with three studs at the input, accepting a section of electrical cables of 2, d mm2, the output plugging in via a standardized mains socket with earth connection. The second is in the form of a module that can be mounted on standard rails and, therefore, incorporated into any type of electrical panel, the connection to the input and output then being by screw tabs .

Dans tous les cas, les câbles d'entrée franchissent le boîtier du module par un passe-fil à blocage. In all cases, the input cables pass through the module housing through a locking grommet.

Ce montage permet dorénavant de répondre de façon tout à fait satisfaisante aux inconvénients décrits précédemment. This arrangement now makes it possible to respond completely satisfactorily to the drawbacks described above.

L'invention a été décrite à propos de la protection des réseaux téléphoniques et de distribution électrique basse tension domestique et industrielle. Cependant, elle peut également être appliquée à toute autre source de courant alternatif nécessitant une protection efficace contre les surtensions. The invention has been described in connection with the protection of telephone networks and of low-voltage household and industrial electrical distribution. However, it can also be applied to any other source of alternating current requiring effective protection against overvoltages.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représenté sur les figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du cadre de protection de l'invention. Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown in the appended figures. Modifications remain possible, in particular from the point of view of the constitution of the various elements or by substitution of technical equivalents, without thereby departing from the scope of protection of the invention.

Claims

CLAIM;

1. Electrical protection module, characterized in that it consists between each phase P and earth T as well as between neutral N and earth T of a basic assembly (1), (2), (3 ) ... formed for its first branch in derivation between the phase and the earth of a spark gap E and a first varistor, the assembly is completed to constitute a TT cell by a self L for the transverse branch recalled in earth T by a second varistor.

2. Module according to claim 1 characterized in that identically at each phase P, the neutral N is protected by the same basic assembly as that protecting the phase or phases.

j. Module according to claim 1, characterized in that the derived intensity is limited in value by the second varistor.

4. Module according to claim 3, characterized in that the limitation of the intensity is equal to six amperes.

5. Module according to the preceding claims, characterized in that the choke and second varistor assembly limits the output voltage to the desired value.

6. Module according to any one of the preceding claims, characterized in that the telephone version. includes pins to be rolled up for the input and pins to be rolled up or a base for contactor standardized for the output.

7. Module according to any one of the preceding claims, characterized in that the mains version comprises either a screw terminal block for the input and a standardized female base for the output with earth connection, or a module compatible with the elements fixed on standard rail, for its incorporation in any type of electrical panel and whose input and output are connected via screw tabs.

8. Module according to any one of claims 6 and 7, characterized in that, for any type of standard box, the input of the module is connected by a cable passing through the box via a locking grommet.