FR2782580A1

FR2782580A1 - Protection of electrical and electronic equipment from over-voltages arising from lighting strikes on distribution circuits

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Publication number: FR2782580A1
Application number: FR9810662A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2000-02-25
Anticipated expiration: 2018-08-20
Also published as: FR2782580B1

Abstract

The protection is provided by an inductor (9) connected in series in the distribution line. When a lightning break-over device (15) is actuated the current surge creates a back-emf in the inductor, canceling the overvoltage for sufficient time to allow fuses (6) in the protective circuit to rupture. The inductor is inside an insulating enclosure (1), with fuses on the outside.

Description

L'invention présentée est un dispositif de sécurité qui protège desThe invention presented is a security device which protects against

surtensions tout appareil fonctionnant à l'électricité suivant les modes de distribution (monophasé, triphasé, courant faible). Il se place en série entre la prise de distribution électrique et la fiche de raccordement de l'appareil à protéger et coupe quasi instantanément l'alimentation de celui-ci lors du passage d'une surtension. Son montage est composé de circuits électromagnétique pour provoquer et utiliser l'action d'une surintensité créée par la présence d'une surtension La protection contre les surtensions et leurs effets s'opèrent o10 traditionnellement, dans la plupart des cas, par le raccordement à la ligne de terre pour véhiculer vers le sol ces surtensions. Or, il arrive souvent que les lignes de terre soient devenues défectueuses depuis leurs installations. Il arrive aussi que la foudre provoque des remontées de tension sur des lignes de terre qui sont en parfait état ou qui sont défectueuses pour des raisons variées, dans tous ces cas overvoltages any device operating on electricity according to the distribution modes (single-phase, three-phase, low current). It is placed in series between the electrical distribution socket and the connection plug of the device to be protected and almost instantly cuts off its power supply during the passage of an overvoltage. Its assembly is composed of electromagnetic circuits to cause and use the action of an overcurrent created by the presence of an overvoltage Protection against overvoltages and their effects operate traditionally, in most cases, by connection to the earth line to convey these overvoltages to the ground. However, it often happens that the earth lines have become defective from their installations. It also happens that lightning causes voltage surges on earth lines which are in perfect condition or which are defective for various reasons, in all these cases

ce procédé de raccordement s'avère alors totalement inefficace. this connection process then turns out to be totally ineffective.

Notre invention permet de remédier à cet inconvénient parce qu'il n'utilise pas la ligne de terre pour cet usage mais qui reste néanmoins présente dans le Our invention makes it possible to remedy this drawback because it does not use the earth line for this use but which nevertheless remains present in the

montage pour respecter les normes de sécurité en vigueur. mounting to comply with current safety standards.

Le principe du fonctionnement de sécurité est le suivant: Une surintensité, produite par la présence d'une surtension, provoque dans le The principle of safety operation is as follows: An overcurrent, produced by the presence of an overvoltage, causes in the

circuit du montage un courant d'opposition instantané (phénomène de self- circuit of the assembly an instantaneous opposition current (phenomenon of self-

induction) qui bloque temporairement cette surtension pendant que cette induction) which temporarily blocks this overvoltage while this

même surintensité coupe le circuit. L'utilisation de cette réaction électro- even overcurrent cuts the circuit. The use of this electro-

magnétique temporaire exclut tout risque d'amorçage d'un arc conducteur (effet de temporary magnetic excludes any risk of striking a conductive arc (effect of

résistance négative), qui aurait pour effet de ne pas couper le circuit et permettre le passage de la surtension. negative resistance), which would not break the circuit and allow the passage of the overvoltage.

Dans le cas d'un courant biphasé+terre, le montage produit la surintensité requise de la façon suivante: Les deux conducteurs de courant sont chacun reliés à l'entrée d'une inductance constituée soit par l'enroulement d'un fil conducteur, soit par l'enroulement réalisé sur circuit imprimé. Ces inductances possèdent, chacune au milieu de leur enroulement, un coupe-circuit constitué soit par un fusible, soit par un disjoncteur. Les sorties de chacune des deux inductances sont connectées à un limiteur de tension qui est constitué soit par un éclateur à gaz, soit par une varistance. Le circuit de la ligne de terre pourvu d'une inductance, se -2- comporte, lorsqu'il est parcouru par des remontées de pics de tension variables In the case of a two-phase current + earth, the assembly produces the required overcurrent as follows: The two current conductors are each connected to the input of an inductor constituted either by the winding of a conductive wire, either by the winding produced on printed circuit. These inductors have, each in the middle of their winding, a circuit breaker consisting either of a fuse or of a circuit breaker. The outputs of each of the two inductors are connected to a voltage limiter which is constituted either by a gas spark gap or by a varistor. The circuit of the earth line provided with an inductance, behaves, when traversed by rising peaks of variable voltage

induites par la foudre, en circuit de blocage par le phénomène de selfinduction. induced by lightning, in blocking circuit by the phenomenon of selfinduction.

Selon des modes particuliers de réalisation: - la ligne de terre est équipée d'une inductance et ne comporte pas de fusible; elle n'est connectée ni à un éclateur à gaz, ni à une varistance; elle constitue un circuit indépendant sans coupure qui traverse cette inductance depuis l'entrée du According to particular embodiments: - the earth line is equipped with an inductor and does not include a fuse; it is neither connected to a gas spark gap nor to a varistor; it constitutes an independent uninterruptible circuit which crosses this inductance from the input of the

montage jusqu'à sa sortie.mounting until its release.

- un interrupteur lumineux de marche-arrêt est placé dans le montage aux sorties des inductances. Il coupe manuellement les conducteurs du circuit - a luminous on-off switch is placed in the assembly at the outputs of the inductors. Manually cuts the circuit conductors

o10 sauf de la ligne de terre.o10 except from the earth line.

- Le raccordement au réseau biphasé+terre peut être réalisé soit par un conducteur multibrins équipé d'une fiche normalisée à cet usage, soit par une fiche secteur bi+terre incorporée au coffret, soit par des borniers fixés à l'intérieur du boitier. La sortie est effectuée soit par une prise normalisée avec terre15 enchassée dans le boitier soit par un conducteur multibrins muni d'une prise - The connection to the two-phase + earth network can be made either by a multi-strand conductor fitted with a plug standardized for this purpose, or by a bi + earth mains plug incorporated in the box, or by terminal blocks fixed inside the box. The output is carried out either by a standardized socket with earth15 embedded in the box or by a multi-strand conductor provided with a socket

secteur bi+terre, soit par des bomiers placés à l'intérieur du coffret. bi + earth sector, either by bomiers placed inside the box.

- Dans le cas d'un courant triphasé: * le montage comprend cinq inductances: trois inductances sont placées dans les conducteurs de phase et possèdent des fusibles ou sont reliées à un disjoncteur, une autre inductance est utilisée pour le conducteur du neutre et une autre pour le - In the case of a three-phase current: * the assembly includes five inductors: three inductors are placed in the phase conductors and have fuses or are connected to a circuit breaker, another inductor is used for the neutral conductor and another for the

conducteur de terre, ces deux dernières ne possédant pas de fusible. earth conductor, the latter two having no fuse.

* les trois éclateurs ou varistances utilisés doivent être calibrés en fonction de la tension de ce courant. Ils doivent aussi pouvoir produire une intensité propre à provoquer la coupure du circuit soit par la rupture des fusibles, soit par celle d'un disjoncteur approprié au mode d'utilisation. Cette disposition évite le montage * the three spark gaps or varistors used must be calibrated according to the voltage of this current. They must also be able to produce a current capable of causing the circuit to be cut either by breaking the fuses or by that of a circuit breaker suitable for the mode of use. This arrangement avoids mounting

d'un interrupteur marche-arrêt.an on-off switch.

* le raccordement au réseau de distribution et le branchement de sortie est identique à celui du biphasé; cependant il faut utiliser des borniers ou des * the connection to the distribution network and the output connection is identical to that of the two-phase; however, terminal blocks or

connecteurs adaptés au courant triphasé. connectors suitable for three-phase current.

- Dans le cas d'un courant faible:- In the case of a weak current:

* le nombre d'inductances est égale au nombre de conducteurs utilisés pour les appareils à protéger. * the number of inductors is equal to the number of conductors used for the devices to be protected.

-3- * la faible intensité ainsi que la faible tension parcourues dans ces lignes -3- * the low intensity as well as the low voltage traversed in these lines

permettent l'utilisation d'inductances plus compactes. allow the use of more compact inductors.

* les fusibles sont également choisis pour une plus faible intensité. * fuses are also chosen for a lower current.

* de môme l'éclateur ou la varistance sont choisis pour une tension d'amorçage plus faible avec un maximum de 90 volts. * le branchement à la ligne de distribution ainsi que le raccordement de sortie sont effectués soit par des borniers soit par des prises et des fiches fixes ou * even the spark gap or varistor are chosen for a lower ignition voltage with a maximum of 90 volts. * the connection to the distribution line as well as the output connection are made either by terminal blocks or by fixed sockets and plugs or

mobiles qui s'adaptent à la diversité des appareils à protéger et aux divers modes de connexion.10 * en raison de l'absence de tension élevée, I'interrupteur n'est pas nécessaire. mobile devices that adapt to the variety of devices to be protected and to the various connection modes. 10 * due to the absence of high voltage, the switch is not necessary.

Les porte-fusibles ont une dimension moindre en conséquence le boitier est plus The fuse holders have a smaller dimension consequently the box is more

petit et peut être constitué de plastique ou de métal. small and can be made of plastic or metal.

Le dessin annexé illustre l'invention: La figure 1 représente en coupe le dispositif de l'invention fonctionnant sur le The accompanying drawing illustrates the invention: Figure 1 shows in section the device of the invention operating on the

-5 courant biphasé+terre.-5 two-phase current + earth.

En référence à ce dessin, le dispositif comporte un coffret (1) en matière isolante pouvant être fixé à la paroi par l'intermédiaire de pattes métalliques ou With reference to this drawing, the device comprises a box (1) made of insulating material which can be fixed to the wall by means of metal tabs or

avec des vis passantes (2), en utilisant les sièges prévus sur le fond du coffret. with pass-through screws (2), using the seats provided on the bottom of the enclosure.

Son côté inférieur est muni d'un orifice permettant le passage d'un câble multiconducteur (3) dont l'extrémité est équipée d'une fiche secteur (4). Sur le côté opposé se trouve une ouverture o s'encastrent des porte-fusibles (5) manoeuvrables de l'extérieur pour le changement des fusibles (6). Sur la face latérale avant du boitier deux autres ouvertures sont pratiquées: I'une pour enchasser l'interrupteur lumineux marche-arrêt (7), I'autre au-dessous pour la prise secteur encastrable de sortie (8). Tous les câbles conducteurs sont reliés aux inductances (9) soit au moyen de bomiers isolés (10) soit par des soudures à l'étain recouvertes de vernis isolant. Ces inductances sont introduites dans un Its lower side is provided with an orifice allowing the passage of a multiconductor cable (3), the end of which is equipped with a mains plug (4). On the opposite side there is an opening where fuse holders (5) which can be operated from the outside are fitted to change the fuses (6). On the front side face of the box two other openings are made: one to encase the light on-off switch (7), the other below for the built-in outlet outlet (8). All the conductive cables are connected to the inductors (9) either by means of insulated panels (10) or by soldering with tin covered with insulating varnish. These inductances are introduced into a

tube(11) muni de clips (12) pour se fixer à l'intérieur du coffret. tube (11) provided with clips (12) for fixing inside the box.

Les deux fils d'arrivée du câble multiconducteur (13) sont chacun reliés à l'entrée d'une bobine à air (9) montée de la façon suivante: deux enroulements sur air, d'un diamètre intérieur de 8mm et de 15 spires minimum chacun, qui sont réunis électriquement en leur centre aux bornes d'un porte-fusible (5), constituent une seule inductance. Les sorties finales (14) de chacune des deux bobines sont reliées aux deux cosses d'un interrupteur bipolaire lumineux (7). Aux deux -4- autres cosses (18) qui sont reliées à la prise secteur de sortie est connecté en The two incoming wires of the multi-conductor cable (13) are each connected to the input of an air coil (9) mounted as follows: two windings on air, with an inside diameter of 8mm and 15 turns minimum each, which are electrically assembled in their center at the terminals of a fuse holder (5), constitute a single inductance. The final outputs (14) of each of the two coils are connected to the two lugs of a luminous bipolar switch (7). To the two -4- other terminals (18) which are connected to the outlet power outlet is connected by

parallèle un éclateur à gaz(15).parallel a gas spark gap (15).

Le fil de terre du câble multiconducteur (16) n'ayant pas de fusible dans son circuit, la bobine utilisée est identique aux autres mais le fusible placé au centre est remplacé par une connexion (17). La section du fil employé pour réaliser les inductances est déterminée par les normes de réglementation qui concernent la puissance consommée par l'appareil à protéger. Le circuit de la terre n'est réuni Since the ground wire of the multiconductor cable (16) has no fuse in its circuit, the coil used is identical to the others, but the fuse placed in the center is replaced by a connection (17). The section of the wire used to make the inductors is determined by regulatory standards concerning the power consumed by the device to be protected. The earth circuit is not assembled

à aucun éclateur à gaz.no gas spark gap.

A titre d'exemple le boiter aura pour l'utilisation du courant biphasé+ terre o10 une dimension approximative de l'ordre de 12 cm de profondeur et de longueur et de 8 cm de hauteur. Pour l'utilisation du courant triphasé le boitier sera dimensionné en fonction des inductances et des porte-fusibles supplémentaires ou de l'utilisation d'un disjoncteur. Pour l'utilisation du courant faible, le boitier peut avoir une dimension de 3 cm de profondeur et de 6 cm de longueur et de For example, the box will have, for the use of the two-phase current + earth o10, an approximate dimension of the order of 12 cm in depth and length and 8 cm in height. For the use of three-phase current the box will be sized according to the inductors and additional fuse holders or the use of a circuit breaker. For the use of weak current, the box can have a dimension of 3 cm of depth and 6 cm of length and

hauteur.height.

Le dispositif selon l'invention est destiné à protéger des effets des différentes surtensions en particulier dûes à la foudre, les appareils The device according to the invention is intended to protect the effects of various overvoltages in particular due to lightning, the devices

électroniques, électriques, les appareils téléphoniques desservis par câbles. electronic, electrical, telephone equipment served by cables.

- 5-- 5-

Claims

1) Device which almost instantly interrupts, without priming, an electrical distribution line supplying electrical, electronic or telephone equipment served by cables, to protect them from the effects of various overvoltages in particular due to lightning, this device is characterized by the use of the overvoltage which creates an instantaneous overcurrent, caused by the discharge of this overvoltage in the voltage limiter (15), this overcurrent traversing an inductor (9) which is provided with a circuit breaker (6), this overcurrent producing two simultaneous actions: an instantaneous opposition current in the inductance (9) and the breaking of the circuit by the melting of the fuses (6) or the tripping, the inductance (9) avoiding the presence of the overvoltage in the cut -circuit (6) at the time of disjunction, thus excluding any risk of striking a conductive arc (resistance effect

negative) which would result in the continuity of the passage of the overvoltage.

2) Device according to claim 1 characterized in that the voltage limiter is a gas spark gap (15) which produces the electrical discharge which generates

overcurrent.

3) Device according to claim 1 characterized in that the voltage limiter (15) is a varistor which produces the electric discharge which generates the overcurrent. 4) Device according to claim 1 characterized in that the circuit breaker

consists of fuses (6).

) Device according to claim 1 characterized in that it comprises inductors (9) which can be produced either by a copper wire covered with a sheath or an insulator, or by a winding produced on a printed circuit

covered with an insulating varnish.

6) Device according to claim 1 characterized in that it comprises a luminous bipolar switch (7) which is placed in the assembly at the outputs of

inductors (14).

-6- 7) Device according to claim 1 characterized in that it comprises three spark gaps and five inductors on the three-phase current: three inductors are placed in the phase conductors and have fuses, another inductor is used for the neutral conductor and another for the earth conductor, the latter two having no fuse.

8) Device according to claim 7 characterized in that it comprises a circuit breaker which replaces the fuses.

9) Device according to claim 1 characterized in that it comprises a number of inductors equal to the number of conductors serving the device to be protected connected to the low current, it also includes spark gaps or ignition varistors provided for voltages minimum and comprising fuses chosen for a lower current, these fuses being connected to compact inductors, the fuse holders have a smaller dimension

and therefore the entire device is placed in a small box.

10) Device according to claim 1 or claim 7 or claim 9 characterized in that it does not use the earth line (16) as a means of protection against overvoltages, but this line is provided with an inductance ( 9) which opposes, thanks to the self-induction phenomenon, the rise of variable voltage peaks induced by lightning, this line

also constitutes an uninterruptible circuit which crosses this inductance without a fuse from the input of the assembly to its output.