FR2973176A1

FR2973176A1 - Appareil de protection contre les surtensions

Info

Publication number: FR2973176A1
Application number: FR1252611A
Authority: FR
Inventors: Joachim Cerny; Thomas Meyer; Rainer Durth
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2012-09-28
Also published as: US20120243138A1; US8958194B2; DE102011001509A1; CN102694378A; CN102694378B; DE102011001509B4

Abstract

L'appareil de protection contre les surtensions (SPD) comprend un éclateur (SG) et, en série avec l'éclateur (SG), un élément résistance (R) variant avec la température, à coefficient de température positif. L'éclateur (SG) présente un courant de maintien défini. L'élément résistance (R) est dimensionné de manière telle que lorsqu'une température de commutation est atteinte, le courant soit limité de façon à être inférieur au courant de maintien de l'éclateur et que le courant de maintien soit coupé. L'élément résistance est dimensionné de manière à ce que, en cas d'événement transitoire, la température de commutation ne soit pas atteinte.

Description

B 12-163 7FR 1 Appareil de protection contre les surtensions

La présente invention se rapporte à un appareil de protection contre les surtensions.

Des appareils de protection contre les surtensions de la catégorie type 1 sont habituellement utilisés sur des réseaux électriques puissants. Ces appareils doivent dévier la majeure partie de l'énergie d'un événement transitoire, appelé également "événement de surtension". Ces événements transitoires englobent par exemple les coups de foudre. Un événement transitoire se déroule typiquement dans une plage de temps < 1 ms. Sur le plan normatif, un tel événement transitoire est reproduit par exemple sous la forme d'un courant de choc de référence 10/350 µs dans la plage kA.

Comme appareil de protection contre les surtensions, on utilise en règle générale des varistances et/ou des éclateurs. Or, avec ces varistances ou éclateurs, il se forme également un courant de suite de réseau qui est dû à un chemin d'écoulement à faible impédance.

Un appareil de protection contre les surtensions doit également empêcher ce courant de suite de réseau et/ou le limiter et couper, sans qu'un fusible de puissance de l'appareil de protection contre les surtensions ou de l'installation à protéger ne soit déclenché. Les éclateurs classiques ont une faible tension de décharge d'arc et ne sont par conséquent pas en mesure de maîtriser des courants de suite de réseau. Ces éclateurs classiques s'éteignent au passage par zéro d'une tension alternative (tension de réseau) et déclenchent un fusible de puissance, notamment lors de leur utilisation sur des réseaux à courants forts.

Néanmoins, cette technologie des éclateurs présente l'avantage que les composants sont très performants. Ainsi, les produits disponibles sur le marché permettent de dévier des courants de choc allant jusqu'à 50 kA. 2973176 B 12-163 7FR 2 Une amélioration de la capacité d'extinction de courant de suite de réseau est obtenue avec des éclateurs dotés de chambres d'extinction à tôles, qui reposent sur le principe d'une multiplication de l'arc électrique. Cependant, ces éclateurs ont pour inconvénient que des gaz ionisés 5 chauds sont expulsés à la manière d'une explosion. Une autre amélioration de capacité d'extinction de courant de suite de réseau est apportée par des éclateurs encapsulés dans des boîtiers résistant à la pression. Dans ces éclateurs encapsulés, une montée de pression dans l'éclateur 10 fait croître la tension d'arc pour l'amener dans la plage de la tension de réseau, ce qui empêche la formation d'un courant de suite de réseau. Cependant un courant de suite de réseau peut apparaître à la fin d'un événement transitoire, lorsque le courant de choc n'est plus suffisant pour maintenir la pression et donc la tension de l'arc électrique. 15 Cela signifie que le courant de suite de réseau ne peut pas être éliminé de manière fiable. De plus, des éclateurs encapsulés présentent d'importantes distances entre électrodes, ce qui entraîne un comportement de réponse dégradé par rapport à des éclateurs "simples". 20 Dans un autre domaine technique, à savoir les télécommunications, on utilise des résistances PTC en combinaison avec des éclateurs à gaz pour la protection contre les surtensions. Toutefois, il s'agit ici d'un champ d'application de la protection contre les surtensions, dans lequel il n'y a pas de puissances électriques 25 élevées côté réseau. Dans le domaine de la protection contre les surtensions, des résistances PTC servent à limiter le courant de défauts persistants, c'est-à-dire de défauts dont la durée est nettement supérieure à celle d'événements transitoires, c'est-à-dire » 1 ms. 30 Les résistances PTC utilisées dans ce domaine présentent des résistances ohmiques de plus de 1 ohm et sont capables de supporter des courants nominaux de l'ordre de quelques ampères. 2973176 B 12-163 7FR 3 En raison des faibles puissances, les résistances ohmiques des résistances PTC utilisées ne posent pas de problèmes sensibles en ce qui concerne la température de l'armoire de distribution. Les fabricants s'efforcent, dans ce domaine technique, de permettre 5 des densités de courant aussi élevées que possible pour des volumes faibles, afin d'obtenir de faibles valeurs W/R ou i2t (énergie spécifique ou intégrale de Joule), jusqu'au seuil de commutation de la résistance PTC. La présente invention a pour objet de proposer un appareil perfectionné de protection contre les surtensions, qui présente les avantages 10 d'un ensemble d'éclateur pour la protection contre les surtensions et un meilleur comportement d'extinction des courants de suite de réseau. L'invention a également pour objet d'éviter le déclenchement inutile d'un fusible de puissance présent dans le système. Le but de l'invention est atteint par un appareil de protection contre 15 les surtensions, comprenant un éclateur et, en série avec l'éclateur, un élément résistance variant avec la température à coefficient de température positif, l'éclateur présentant un courant de maintien défini, l'élément résistance étant dimensionné de manière telle que, lorsqu'une température de commutation est atteinte, le courant soit limité de façon à être inférieur au 20 courant de maintien de l'éclateur et que le courant de maintien soit coupé, et l'élément résistance étant dimensionné de manière telle qu'en cas d'événement transitoire la température de commutation ne soit pas atteinte. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu, pour chauffer l'élément résistance en cas de surtension transitoire, que l'énergie 25 spécifique nécessaire pour atteindre la température de commutation soit choisie plus grande que l'intégrale de Joule de la transitoire. Conformément à un autre mode de réalisation, l'appareil est un appareil de protection contre les surtensions de classe 1, 2 ou 3 selon IEC61643. 30 Selon un autre mode de réalisation, la surtension transitoire est un pic de courant de référence 10/350 µs. Selon encore un autre mode de réalisation, le pic de courant de référence présente 10 kA ou plus, de la forme d'onde d'impulsion 10/350 µs.

B 12-163 7FR 4 Un autre mode de réalisation prévoit qu'à température ambiante, la résistance ohmique de l'élément résistance soit inférieure ou égale à 100 mQ. De préférence, l'énergie spécifique pour atteindre la température de commutation est supérieure à 100 A2s, notamment supérieure à 1 000 A2s et de préférence supérieure à 100 kA2s. Selon un autre mode de réalisation, l'énergie spécifique pour atteindre la température de commutation est inférieure à 1 MA2s, notamment inférieure à 900 kA2s. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'appareil de protection contre les surtensions présente en outre un fusible de puissance qui est installé en série avec l'élément résistance et/ou l'éclateur. Conformément à un autre mode de réalisation, l'élément résistance est dimensionné de manière telle que lors d'un échauffement de l'élément résistance en cas de surtension transitoire, le cumul de l'énergie spécifique nécessaire et de l'énergie spécifique d'un courant de suite de réseau soit inférieur à l'énergie spécifique qui serait nécessaire pour faire fondre le fusible. Un autre mode de réalisation prévoit que la température de commutation soit de 80°C ou plus, de préférence de 100°C et plus particulièrement de 140°C. Selon un autre mode de réalisation, la résistance initiale de l'élément résistance est choisie telle que la somme des tensions appliquées à l'élément résistance, à l'éclateur et au fusible, en cas de déviation, ne dépasse pas une tension de 4 500 V, de préférence de 1 500 V et plus particulièrement de 1000 V. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée ci-après de modes de réalisation préférés pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue d'un montage schématique à l'intérieur d'un appareil de protection contre les surtensions selon un mode de réalisation préféré de l'invention, et la figure 2 représente un classement des domaines de résistances PTC destinées à être utilisées dans un appareil de protection contre les surtensions selon un mode de réalisation préféré de l'invention.

B 12-163 7FR 5 La figure 1 montre un appareil de protection contre les surtensions (surge protection device - SPD). L'appareil de protection contre les surtensions SPD présente un éclateur (spark gap - SG) et, en série avec cet éclateur SG, un élément résistance R à coefficient de température positif. L'éclateur SG présente un courant de maintien défini. L'élément résistance R est dimensionné, d'une part de manière telle que lorsqu'une température de commutation est atteinte, le courant soit limité de façon à être inférieur au courant de maintien de l'éclateur et que le courant de maintien soit coupé et, d'autre part de manière à ce que, en cas d'événement transitoire, la température de commutation ne soit pas atteinte. Cette conception permet d'une part d'obtenir une protection contre des événements transitoires, grâce à l'utilisation d'éclateurs SG efficaces, et d'autre part l'utilisation d'éléments résistances R de dimensions adaptées garantit la capacité d'extinction de courant de suite de réseau. D'autre part, un fusible de puissance F 1 peut être disposé dans le chemin de déviation et/ou un fusible de puissance F2 peut être placé dans le chemin de travail. Le lieu de montage du fusible de puissance F1, F2 dépend de l'application. Lorsqu'un événement transitoire, par exemple un courant de choc, survient, l'élément résistance R est froid et donc conducteur. Sous l'effet de l'événement transitoire, l'éclateur SG s'amorce, cet amorçage de l'éclateur SG pouvant également être déclenché de l'extérieur.

Le dispositif dévie alors le courant de choc tandis que l'élément résistance R, dans un premier temps, conserve sa faible valeur ohmique (« 1 ohm). En cas de formation d'un courant de suite de réseau qui ne peut pas être éteint par l'éclateur SG, l'élément résistance R est chauffé jusqu'à la température de commutation Tswitch par la puissance qui lui est appliquée P=UR*IPowergrid et limite le courant à une valeur non critique. Ce courant de suite de réseau peut ensuite être coupé par un passage par zéro subséquent de la tension ou par le fait qu'il devient inférieur au courant de maintien de l'éclateur SG.

B 12-163 7FR 6 Cela provoque l'extinction de l'éclateur SG et le rétablissement de l'état initial. Ensuite, l'élément résistance R refroidit de lui-même et revient de nouveau à une faible valeur ohmique.

L'élément résistance R est dimensionné de manière à ce que, pour chauffer l'élément résistance R en cas de surtension transitoire (Switch), l'énergie spécifique i2(t)R, Switch nécessaire pour atteindre la température de commutation soit plus grande que l'intégrale de Joule i2(t)Transiente de la transitoire.

En d'autres termes, l'élément résistance R doit être dimensionné de manière telle qu'il ne s'échauffe pas jusqu'à la température de commutation Tswitch, à la suite de l'apport d'énergie pendant le processus de déviation du courant de choc qui provoque une augmentation de température ATTransient par rapport à la température au repos To.

Cela peut être représenté mathématiquement de la façon suivante : T0 + ATTransient < TSwitch

La température au repos To n'est pas nécessairement la température ambiante ou une température standard (par exemple 20 °C), mais il peut s'agir d'une température typique, régnant dans une armoire de distribution, par exemple 60 °C, voire 80 °C ou plus, en fonction du lieu d'utilisation et de la température de commutation. Du fait de l'apport d'énergie supplémentaire d'un éventuel courant de suite de réseau qui provoque une augmentation de température ATpowergrid, l'élément résistance R peut être chauffé davantage, au-delà de la température de commutation Tswitch, et augmente ainsi sa résistance. La température de commutation est par exemple de 80 °C ou plus, de préférence, de 100 °C, plus particulièrement de 140 °C. Elle a pour conséquence de limiter le courant jusqu'à extinction de l'éclateur SG ou passage par zéro du courant de la tension de réseau. Cela peut être représenté mathématiquement de la façon suivante : TSwitch T0 + ATTransient + ATPowergrid 2973176 B 12-163 7FR 7 Il est possible d'en déduire la relation globale suivante concernant la température : T0 + ATTransient < Ts itch T0 + ATTransient + ATPowergrid 5 L'énergie spécifique nécessaire, désignée ci-après également comme intégrale de Joule 12tR,switch, qui chauffe l'élément résistance R pour le faire passer de sa température au repos To à la température de commutation Tswitch, est alors plus grande que l'intégrale de Joule de la transitoire i2tTransient pour 10 éviter qu'un pic ne chauffe l'élément résistance R jusqu'à la température de commutation Tswitch. Cela peut être représenté mathématiquement de la façon suivante : 12tTransient < 12tR,Switch

15 Ici, 12tTransient désigne l'énergie spécifique dans le chemin du courant par une transitoire, et 12tR,switch désigne la quantité d'énergie spécifique sur l'élément résistance R, pour atteindre la température de commutation Tswitch. L'énergie spécifique 12tR,switch pour atteindre la température de commutation est de préférence supérieure à 100 A2s, notamment supérieure à 20 1 000 A2s, plus particulièrement supérieure à 100 kA2s. D'autre part, la somme des énergies spécifiques de la transitoire i2tTransient et du courant de suite de réseau i2tPowergrid est supérieure à l'énergie spécifique de la température de commutation 12tR,switch, pour que l'élément résistance R soit chauffé à la température de commutation Tswitch, ou au- 25 dessus, par un courant de suite de réseau. Cela peut être représenté mathématiquement de la façon suivante : 12tR,Switch < l2tTransient + l2tPowergrid

i2tPowergrid désigne l'énergie spécifique dans le chemin de courant, du 30 fait d'un courant de suite de réseau. L'énergie spécifique 12tR,switch pour atteindre la température de commutation est de préférence inférieure à 1 MA2s et notamment inférieure à 900 kA2s. 2973176 B 12-163 7FR 8 La somme, évoquée plus haut, des énergies spécifiques de la transitoire i2tTransient et du courant de suite de réseau i2tPowergrid ne doit alors pas dépasser l'intégrale de fusion i2tF d'un fusible de puissance F1, F2 éventuellement prévu. 5 Cela peut être représenté mathématiquement de la façon suivante : i2tTransient + i2tPowergrid < i2tF

i2tF désigne l'intégrale de fusion du fusible de puissance F1, F2. Cette valeur est typiquement spécifiée par le fabricant du fusible. 10 Il est possible d'en déduire la relation globale suivante concernant les énergies spécifiques i2t :

i2tTransient < i2tR,Switch < i2tTransient + i2tPowergrid i2rF

15 De préférence, l'appareil de protection contre les surtensions comporte un fusible de puissance FI qui est disposé en série avec l'élément résistance R et/ou l'éclateur SG. D'autre part, une norme (par exemple DIN EN 60664-1) peut spécifier que la somme des chutes de tension sur la résistance R, l'éclateur 20 SG et un fusible de puissance F1, F2 éventuellement prévu, pendant le processus de déviation, ne doit pas dépasser un niveau de protection Up exigé par la norme. Cela peut être représenté mathématiquement de la façon suivante : UR+USG+UF<UP 25 Par exemple, la résistance initiale de l'élément résistance R est choisie telle que la somme des tensions appliquées en cas de déviation à l'élément résistance UR, à l'éclateur USG et au fusible UF ne dépasse pas une tension Up de 4 500 V, de préférence 1 500 V, et plus particulièrement 1 000 30 V. Cela permet de déduire une condition pour une résistance initiale maximale Rmax qui ne doit pas être dépassée avant d'avoir atteint la température de commutation Tswitch RII. __ UR < UP - (UsG + UF ) 1 1 2973176 B 12-163 7FR 9 I étant le courant spécifié. D'autre part, la résistance initiale de l'élément résistance R ne doit 5 pas non plus être nulle, car dans ce cas il ne peut plus y avoir échauffement au niveau de la résistance R. Par conséquent, il est possible de déduire une condition pour une résistance initiale minimale Rmin

0 < Rmin

Ainsi, la résistance initiale de l'élément résistance R, à la température ambiante, peut être inférieure ou égale à 100 mQ. Cela permet de représenter la relation globale suivante concernant les énergies spécifiques i2t : Rmin < R < Rmax

L'invention permet de proposer un appareil de protection contre les surtensions SPD de la catégorie classe 1, 2 ou 3 selon IEC61643. 20 A l'état installé, ces appareils de protection contre les surtensions SPD sont capables de dévier facilement un événement transitoire, par exemple une surtension correspondant à un pic de courant de référence 10/350 µs iTransient, et d'éteindre ainsi un courant de suite de réseau iPowergrid. Lorsqu'un fusible de puissance F1, F2 existe, celui-ci est protégé contre une 25 fusion. Les appareils de protection contre les surtensions SPD sont alors en mesure de dévier de manière sûre des pics de courant de référence iTransient de 10 kA, 20 kA, 30 kA ou plus, ayant la forme d'onde d'impulsion 10/350 µs. Selon l'agencement des appareils de protection contre les surtensions 30 SPD, après avoir atteint la température de commutation Ts tel, le courant limité est inférieur ou égal à I = 315 A. Les dimensionnements indiqués ci-dessus serviront à décrire ici à titre d'exemple deux domaines d'application typiques de ce dimensionnement: 10 15 B 12-163 7FR 10 Exemple d'une alimentation en courant : Partant d'une application typique de type 1 pour la protection contre les surtensions dans le réseau européen (par exemple 230 V ou similaire), des appareils de protection contre les surtensions SPD du marché doivent être capables de dévier un courant de choc de 30 000 A avec la forme d'onde d'impulsion 10/350 µs. Les fabricants prescrivent la mise en place d'un fusible de puissance F1, F2. Dans des applications similaires courantes, celui-ci admet par exemple une intensité de courant nominal I = 315 A.

La plage de résistance nominale des éléments résistances R utilisables est déterminée par le niveau de protection Up maximal admissible de l'application, qui est limité vers le haut par la coordination des isolements. Ce niveau de protection maximal admissible se situe à 4 000 V. Or, les produits du marché fournissent déjà des niveaux de protection à 1 500 V.

La plus grande chute de tension sur la résistance PTC doit être attendue pour la valeur de crête du courant de choc. L'élément résistance R est dimensionné de manière telle que la résistance n'a pas encore subi de variation sensible de sa résistance électrique.

Par conséquent, la résistance électrique de l'élément résistance ne doit pas dépasser Rmax Ri. - _ 1500V = 50mo 3 0kA Un appareil de protection contre les surtensions SPD de ce type nécessiterait par exemple un fusible de puissance F1, F2 de 315 A, qui présente une intégrale de fusion d'environ i2tF = 513 000 A2s. Cette grandeur est la grandeur supérieure de l'énergie spécifique i2tR,switch qui peut être utilisée pour chauffer l'élément résistance R de sa température au repos To à la température de commutation Tswitch. L'énergie i2t nécessaire à cet effet présente également une valeur minimale qui est prédéterminée par les caractéristiques courant-temps du courant de choc.

B 12-163 7FR 11 L'énergie spécifique de l'impulsion i2tTransient = i2t10/3501ts,30kA doit juste ne pas être suffisante pour chauffer l'élément résistance R à sa température de commutation Tswitch. Pour cet exemple d'impulsion, la valeur calculée est la suivante: i2tTransient = i2tto/350µs,30kA = 231 000 A2s.

De cette évaluation résulte une plage de fonctionnement pour cet exemple d'application, qui devrait répondre aux conditions suivantes : OS2 = Rmin < R < Rmax = 50 mQ et 213 000 A2s = l2tTransient < 12tR,Switch < i tF = 513 000 A2s.

Jusqu'à présent, une telle plage de fonctionnement était inhabituelle pour des résistances PTC en tant qu'exemple d'un élément résistance R et est proposée et utilisée pour la première fois par la présente invention. La plage de fonctionnement évoquée ici est désignée dans la figure 2 par la référence 1. Une telle résistance PTC comme exemple d'élément résistance R permet de limiter efficacement des courants de suite de réseau, sans qu'un fusible de puissance F1, F2 ne soit déclenché. Il en résulte une plage de fonctionnement fiable pour une résistance PTC, dans laquelle ne travaille aucune autre application du marché et qui permet de limiter efficacement des courants de suite de réseau, sans qu'un fusible de puissance F1, F2 ne soit déclenché. La résistance PTC est adaptée explicitement aux exigences.

Exemple de l'énergie éolienne : Partant d'une application typique de type 1 dans la protection contre des surtensions sur des installations éoliennes, les appareils de protection contre les surtensions SPD du marché doivent être capables de dévier un courant de choc de 50 000 A ayant la forme d'onde d'impulsion 10/350 µs.

B 12-163 7FR 12 Les fabricants prescrivent un fusible de puissance F1, F2. Dans des applications similaires du marché, celui-ci présente par exemple une intensité admissible de courant nominal I = 400 A. Le niveau de protection maximal admissible est déterminé par le marché et se situe actuellement au maximum à 4 500 V. Il en résulte la valeur R. suivante : Ri. - _ 4500V = 90mS 50kA Un appareil de protection contre les surtensions SPD de ce type nécessiterait par exemple un fusible de puissance F1, F2 de 400 A, qui présente une intégrale de fusion d'environ i2tF = 859 000 A2s. Pour cet exemple d'impulsion, la valeur calculée est la suivante: i2tTransient = i2tioi35oµs,3okA = 642 000 A2s.

Cette valeur peut être calculée par exemple par interprétation numérique de la courbe courant-temps pour cet exemple d'impulsion. De cette évaluation résulte une plage de fonctionnement pour cet exemple d'application, qui devrait répondre aux conditions suivantes :

OS2 =Rmin<R<Rmax= 90 mQ 642 000 A2s = i2tTrans ent < l2tR,Switch < i2tF = 859 000 A2s.

25 Jusqu'à présent, une telle plage de fonctionnement était inhabituelle pour des résistances PTC en tant qu'exemple d'élément résistance R et est proposée et utilisée pour la première fois par la présente invention. La plage de fonctionnement évoquée ici est désignée dans la figure 2 par la référence 2. 30 Une telle résistance PTC comme exemple d'élément résistance R permet de limiter efficacement des courants de suite de réseau, sans qu'un fusible de puissance F1, F2 ne soit déclenché. A titre de comparaison, la figure 2 représente également des plages de fonctionnement d'autres résistances PTC. et B 12-163 7FR 13 Dans la figure 2, l'ordonnée indique la résistance initiale R à une température de 20 °C et les énergies spécifiques ht associées. Les axes sont choisis de manière logarithmique. Ainsi, la référence 3 désigne la plage de fonctionnement pour des applications générales typiques de protection contre les surtensions, tandis que la référence 4 désigne la plage de fonctionnement pour des applications de protection contre les surtensions dans le domaine des télécommunications. La référence 5 désigne la plage de fonctionnement de résistances PTC lors de l'utilisation de démarreurs de moteurs, tandis que la référence 6 désigne la plage de fonctionnement lors de l'utilisation comme limiteur de pic de courant à l'enclenchement, et la référence 7 désigne la plage de fonctionnement lors de l'utilisation dans des applications de commutation. Il ressort clairement que la plage de fonctionnement d'applications classiques se distingue nettement de l'utilisation pour la protection contre les surtensions - comme indiqué par les références 1 et 2. Pour une température au repos de 20 °C, les résistances pouvant être obtenues sont nettement inférieures aux résistances des résistances PTC classiques. L'utilisation de résistances PTC en céramique, en tant qu'élément résistance R, est particulièrement avantageuse, car les résistances PTC en céramique présentent en outre la propriété qu'en présence de tensions élevées appliquées, il se produit un effet varistance. Cet effet de varistance favorise une faible résistance en cas de courant de choc. Un appareil de protection contre les surtensions SPD conforme à l'invention peut présenter n'importe quelle forme d'éclateur SG, par exemple un éclateur simple, un éclateur encapsulé, un éclateur doté de tôles d'extinction ou similaires. L'éclateur SG peut être réalisé de manière à résister aux pressions. D'autre part, l'appareil de protection contre les surtensions SPD peut être réalisé avec un fusible de puissance F 1 en tant que module CD. Par ailleurs, l'appareil de protection contre les surtensions SPD peut être réalisé avec un fusible de puissance F2 en tant qu'unité fonctionnelle D. Cette unité fonctionnelle peut également comporter un fusible de puissance F 1 supplémentaire.

B 12-163 7FR Nomenclature des pièces

Appareil de protection contre les surtensions SPD Eclateur SG Module CD Unité fonctionnelle D Elément résistance variant avec la température R Fusible de puissance F1, F2 Plage de distribution de puissance / Réseau électrique 1 Domaine de l'énergie éolienne 2 Protection contre les surtensions 3 Protection contre les surtensions en Télécommunication 4 Démarreur de moteur 5 Limiteur de pic de courant à l'enclenchement 6 Applications de commutation 7 14

Claims

REVENDICATIONS1. Appareil de protection contre les surtensions (SPD), comprenant un éclateur (SG) et, en série avec l'éclateur (SG), un élément résistance (R) variant avec la température à coefficient de température positif, caractérisé en ce que l'éclateur (SG) présente un courant de maintien défini, l'élément résistance (R) est dimensionné de manière telle que, lorsqu'une température de commutation est atteinte, le courant soit limité de façon à être inférieur au courant de maintien de l'éclateur et que le courant de maintien soit coupé, et l'élément résistance est dimensionné de manière telle qu'en présence d'événement transitoire la température de commutation ne soit pas atteinte.
2. Appareil de protection contre les surtensions selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour chauffer l'élément résistance en cas de surtension transitoire, l'énergie spécifique i2(t)R,switeh nécessaire pour atteindre la température de commutation est choisie plus grande que l'intégrale de Joule i2(t)Transiente de la transitoire.
3. Appareil de protection contre les surtensions selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit appareil est un appareil de protection contre les surtensions de classe 1, 2 ou 3 selon IEC61643.
4. Appareil de protection contre les surtensions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surtension transitoire est un pic de courant de référence 10/350 µs.
5. Appareil de protection contre les surtensions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pic de courant de référence présente 10 kA ou plus, de la forme d'onde d'impulsion 10/350 µs.
6. Appareil de protection contre les surtensions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à température ambiante, la résistance de l'élément résistance est inférieure ou égale à 100 mQ.
7. Appareil de protection contre les surtensions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'énergiespécifique i2(t)R,switeh pour atteindre la température de commutation est supérieure à 100 A2s, plus particulièrement supérieure à 1 000 A2s et de préférence supérieure à 100 kA2s.
8. Appareil de protection contre les surtensions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'énergie spécifique i2(t)R,switeh pour atteindre la température de commutation est inférieure à 1 MA2s, plus particulièrement inférieure à 900 kA2s.
9. Appareil de protection contre les surtensions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appareil de protection contre les surtensions présente en outre un fusible de puissance (F 1) qui est installé en série avec l'élément résistance (R) et/ou l'éclateur (SG).
10. Appareil de protection contre les surtensions selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément résistance est dimensionné de manière telle que lors d'un échauffement de l'élément résistance en cas de surtension transitoire, le cumul de l'énergie spécifique i2(t)Transiente nécessaire et de l'énergie spécifique i2(t)p0wergrid d'un courant de suite de réseau soit inférieur à l'énergie spécifique i2(t) qui serait nécessaire pour faire fondre le fusible.
11. Appareil de protection contre les surtensions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de commutation est de 80°C ou plus, de préférence de 100°C et mieux encore de 140°C.
12. Appareil de protection contre les surtensions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistance initiale de l'élément résistance est choisie telle que la somme des tensions appliquées à l'élément résistance, à l'éclateur et au fusible, en cas de déviation, ne dépasse pas une tension de 4 500 V, de préférence de 1 500 V et mieux encore de 1 000 V.30