FR2986380A1 - Safety device for power line that is utilized for diverting transient over voltages to ground, has thermal bridge for connecting thermal disconnector to varistors to cause opening of thermal disconnector in response to heating of varistors - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention se rapporte au domaine de la protection des lignes de transport d'énergie. Plus particulièrement, l'invention concerne les dispositifs de protection ayant pour effet de détourner des surtensions transitoires d'une ligne électrique, en particulier une ligne à basse tension, par exemple inférieure à 500V ou une ligne à moyenne tension, par exemple inférieure à 20kV. Il est connu qu'une varistance peut être utilisée pour protéger une ligne électrique. Une varistance a une résistance d'isolement très élevée lorsqu'elle est soumise à une moyenne ou basse tension. Cette résistance disparaît brutalement, en quelques millisecondes, lorsqu'elle est soumise à une surtension transitoire très élevée, ayant par exemple pour origine la foudre. Il est également connu que, même lorsqu'elle est en bon état et présente donc une résistance d'isolement maximale, une varistance est traversée par un courant très faible, de l'ordre du milliampère, appelé « courant de fuite ». Plus la tension appliquée est élevée, plus le courant de fuite est élevé. Cela se traduit par un échauffement de la varistance qui entraîne une diminution de la résistance de la varistance. La diminution de la résistance de la varistance facilite l'écoulement du courant de fuite à travers ladite varistance. Ainsi la varistance s'échauffe progressivement et peut entrer dans une zone d'instabilité où il peut se produire un phénomène d'emballement thermique. Lors de l'emballement thermique, la température de la varistance progresse très rapidement ce qui peut entrainer la mise en court-circuit et donc la destruction de celle-ci, pouvant ainsi provoquer un incendie. Pour vérifier la robustesse d'un dispositif de protection contre les surtensions, on soumet celui-ci à un « test d'emballement thermique » au cours duquel on le soumet à une surtension élevée. Selon un mode de réalisation, l'invention fournit un dispositif de protection de ligne électrique de basse et /ou moyenne tension, apte à détourner des surtensions transitoires vers la terre, ledit dispositif comportant : un circuit entre la terre et la ligne électrique, le circuit comportant au moins deux varistances et un déconnecteur thermiques connectés en série, et un pont thermique reliant le déconnecteur thermique aux varistances pour provoquer l'ouverture du déconnecteur en réponse à un échauffement des varistances. The invention relates to the field of protection of power transmission lines. More particularly, the invention relates to protection devices having the effect of diverting transient overvoltages from an electrical line, in particular a low voltage line, for example less than 500V or a medium voltage line, for example less than 20kV. . It is known that a varistor can be used to protect an electrical line. A varistor has a very high insulation resistance when subjected to medium or low voltage. This resistance disappears abruptly, in a few milliseconds, when it is subjected to a very high transient overvoltage, for example originating from lightning. It is also known that, even when it is in good condition and therefore has a maximum insulation resistance, a varistor is crossed by a very low current, of the order of milliampere, called "leakage current". The higher the applied voltage, the higher the leakage current. This results in a heating of the varistor which causes a decrease in the resistance of the varistor. Decreasing the resistance of the varistor facilitates the flow of leakage current through said varistor. Thus the varistor heats up gradually and can enter a zone of instability where it can occur a phenomenon of thermal runaway. During thermal runaway, the temperature of the varistor increases very rapidly which can cause the short circuit and therefore the destruction of it, thus causing a fire. To verify the robustness of a surge protection device, it is subjected to a "thermal runaway test" during which it is subjected to a high overvoltage. According to one embodiment, the invention provides a low and / or medium voltage electrical line protection device capable of diverting transient overvoltages to earth, said device comprising: a circuit between the earth and the electrical line, the circuit comprising at least two varistors and a thermal disconnect connected in series, and a thermal bridge connecting the thermal disconnector to the varistors to cause the opening of the disconnector in response to a heating of the varistors.
Selon un mode de réalisation, les caractéristiques électriques des varistances sont sensiblement identiques. Selon un mode de réalisation, les varistances sont sélectionnées parmi le groupe comprenant les varistances de forme circulaire, les varistances de forme rectangulaire et les varistances de forme carrée. According to one embodiment, the electrical characteristics of the varistors are substantially identical. According to one embodiment, the varistors are selected from the group consisting of circular shape varistors, rectangular shape varistors and square shape varistors.
Selon un mode de réalisation, les varistances sont sélectionnées parmi le groupe comprenant les varistances 34x34mm, les varistances 34x44mm et les varistances 34x52mmm. L'épaisseur de la varistance dépend de la tension de fonctionnement nominale maximale. Cette tension nominale de fonctionnement peut varier de quelques dizaines de volts à plusieurs centaine de volts. According to one embodiment, the varistors are selected from the group comprising varistors 34x34mm, varistors 34x44mm and varistors 34x52mmm. The thickness of the varistor depends on the maximum rated operating voltage. This nominal operating voltage can vary from a few tens of volts to several hundred volts.
Selon un mode de réalisation, le circuit comporte trois varistances. Selon un mode de réalisation, les varistances sont de type ZnO. Selon un mode de réalisation, les varistances comportent chacune deux bornes et le déconnecteur thermique comporte une partie mobile, la partie mobile étant liée de manière détachable à une des deux bornes d'une varistance et la partie mobile étant agencée de sorte qu'en réponse à l'échauffement de la varistance, la partie mobile se détache de la borne de la varistance et ouvre le circuit. Selon un mode de réalisation, les varistances et le déconnecteur thermique sont agencés dans un boitier, un ressort est comprimé entre le boitier et la partie mobile et la partie mobile comporte un coulisseau apte à se translater sous l'effet du ressort en réponse à un échauffement des varistances. Selon un mode de réalisation les varistances sont agencées directement en série les unes avec les autres. Selon un mode de réalisation le déconnecteur thermique est agencé entre deux varistances du circuit. According to one embodiment, the circuit comprises three varistors. According to one embodiment, the varistors are of the ZnO type. According to one embodiment, the varistors each comprise two terminals and the thermal disconnector comprises a mobile part, the mobile part being detachably connected to one of the two terminals of a varistor and the mobile part being arranged so that in response when the varistor rises, the moving part comes off the terminal of the varistor and opens the circuit. According to one embodiment, the varistors and the thermal disconnector are arranged in a housing, a spring is compressed between the housing and the movable part and the movable part comprises a slider able to translate under the effect of the spring in response to a heating of the varistors. According to one embodiment, the varistors are arranged directly in series with each other. According to one embodiment, the thermal disconnector is arranged between two varistors of the circuit.
Selon un mode de réalisation, la ligne électrique présente une tension nominale prédéterminée, chaque varistance comporte deux bornes et chaque varistance est apte à être sensiblement conductrice lorsque la tension à ses bornes est supérieure à une tension maximale de fonctionnement nominal, la somme des tensions maximales de fonctionnement nominal des au moins deux varistances connectées en série étant supérieure d'au moins 10% à la tension nominale de la ligne électrique. Selon un mode de réalisation, le dispositif de protection comporte deux varistances et la tension maximale de fonctionnement nominal de chaque varistance est égale à Ux1210%, où U représente la tension nominale prédéterminée de la ligne. Selon un mode de réalisation, le dispositif de protection comporte trois varistances connectées en série et la tension maximale de fonctionnement nominal de chaque varistance est égale à prédéterminée de la ligne. uxiio% 3 ou U représente la tension nominale Une idée à la base de l'invention est de retarder le phénomène d'emballement thermique d'une varistance dans un dispositif de protection de ligne électrique afin de laisser suffisamment de temps à un déconnecteur thermique pour agir en ouvrant le circuit avant la mise en court-circuit de la varistance par le phénomène d'emballement thermique. According to one embodiment, the electrical line has a predetermined nominal voltage, each varistor has two terminals and each varistor is adapted to be substantially conductive when the voltage at its terminals is greater than a nominal maximum operating voltage, the sum of the maximum voltages. nominal operation of the at least two varistors connected in series being at least 10% greater than the nominal voltage of the power line. According to one embodiment, the protection device comprises two varistors and the nominal maximum operating voltage of each varistor is equal to Ux1210%, where U represents the predetermined nominal voltage of the line. According to one embodiment, the protection device comprises three varistors connected in series and the nominal maximum operating voltage of each varistor is equal to predetermined of the line. uxiio% 3 or U represents the nominal voltage An idea underlying the invention is to delay the phenomenon of thermal runaway of a varistor in an electrical line protection device to allow sufficient time for a thermal disconnector for act by opening the circuit before the short circuit of the varistor by the phenomenon of thermal runaway.
La mise en court-circuit de la varistance par le phénomène d'emballement est très rapide, alors que le temps de réponse d'un déconnecteur thermique est de plusieurs secondes. Ainsi, certains aspects de l'invention partent du constat que l'agencement de deux ou trois varistances en séries permet de retarder la mise en court-circuit du dispositif par rapport à l'agencement d'une varistance unique dont les caractéristiques électriques sont équivalentes. Le retardement de la mise en court-circuit permet au pont thermique de diffuser suffisamment de chaleur depuis la varistance vers le déconnecteur thermique pour permettre l'ouverture du circuit avant la mise en court circuit du dispositif. The short circuit of the varistor by the phenomenon of runaway is very fast, while the response time of a thermal disconnector is several seconds. Thus, certain aspects of the invention start from the observation that the arrangement of two or three series varistors makes it possible to delay the short-circuiting of the device with respect to the arrangement of a single varistor whose electrical characteristics are equivalent. . Delaying the short circuit allows the thermal bridge to deliver enough heat from the varistor to the thermal disconnect to allow the circuit to open before the device is short-circuited.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. The invention will be better understood, and other objects, details, characteristics and advantages thereof will appear more clearly in the course of the following description of several particular embodiments of the invention, given solely for illustrative and non-limiting purposes. with reference to the accompanying drawings.
Sur ces dessins : La figure 1 représente un dispositif de protection selon un mode de réalisation, comportant un déconnecteur thermique en position fermée. La figure 2 représente le dispositif de la figure 1, le déconnecteur thermique étant en position ouverte. La figure 3 est un schéma électrique d'un dispositif de protection selon un mode de réalisation. La figure 4 représente un graphique de la tension et courant mesurés durant un test réalisé sur un mode de réalisation de l'invention. In these drawings: FIG. 1 represents a protection device according to an embodiment, comprising a thermal disconnector in the closed position. FIG. 2 represents the device of FIG. 1, the thermal disconnector being in the open position. Figure 3 is an electrical diagram of a protection device according to one embodiment. FIG. 4 represents a graph of the voltage and current measured during a test carried out on one embodiment of the invention.
La figure 5 représente un graphique de la tension et courant mesurés durant un test réalisé sur un dispositif de protection comportant une unique varistance. La figure 6 est un schéma électrique d'une variante du dispositif de protection. FIG. 5 represents a graph of the voltage and current measured during a test carried out on a protection device comprising a single varistor. Figure 6 is an electrical diagram of a variant of the protection device.
Une varistance est un composant électrique constitué d'un frittage d'un mélange d'oxydes métalliques. Parmi ces oxydes métalliques, certains sont conducteurs, comme l'oxyde de zinc (ZnO), d'autres moins conducteurs et forment une couche inter granulaire entre les grains conducteurs. Cette structure est à la source d'un champ électrique, qui provoque une polarisation des grains conducteurs et qui s'oppose au passage du courant. En fonctionnement normal, une tension électrique basse, par exemple inférieure à 400V, n'est pas suffisante pour abaisser la barrière de potentiel et permettre au courant de passer d'un grain conducteur à l'autre. La résistance de la varistance est dans ce cas très élevée et seul un courant résiduel d'intensité inférieure à 1 milliampère traverse la varistance. Ce courant résiduel est appelé courant de fuite. En présence d'une surtension, qui peut être la conséquence d'un coup de foudre par exemple, cette barrière de potentiel est franchie. La résistance de la varistance devient subitement très faible grâce à la bonne conductivité de l'oxyde de zinc ce qui permet au courant électrique de traverser la couche inter granulaire. En condition normale, c'est-à-dire par exemple quelque centaines de volts, la résistance de la varistance est considérable. En présence d'une surtension, la résistance de la varistance diminue. La valeur de résistance diminue en fonction de l'élévation de la surtension de façon non linéaire. En présence d'une surtension élevée, c'est-à-dire plusieurs millions de volts, elle devient quasiment nulle. C'est cette propriété des varistances qui est utilisée dans les dispositifs de protection des lignes de transport d'énergie. Cependant ces propriétés des varistances se dégradent d'une part à la suite de coups de foudre répétés, soit par vieillissement progressif. Alors qu'à travers d'une varistance en bon état le courant de fuite présente une intensité inférieure à 1 milliampère, lorsque la varistance est dégradée, le courant de fuite dépasse quelques milliampères. La température de la varistance augmente et peut atteindre 120°C et plus. Il peut se produire alors un emballement thermique. Cet emballement thermique peut entrainer la mise en court-circuit et la destruction de la varistance. L'installation est donc exposée à un risque d'incendie. Un dispositif de protection de ligne électrique permettant de réduire ce risque va maintenant être présenté en référence à la figure 1. A varistor is an electrical component consisting of sintering a mixture of metal oxides. Among these metal oxides, some are conductive, such as zinc oxide (ZnO), others less conductive and form an inter-granular layer between the conductive grains. This structure is at the source of an electric field, which causes a polarization of the conductive grains and which opposes the passage of the current. In normal operation, a low electrical voltage, for example less than 400V, is not sufficient to lower the potential barrier and allow the current to pass from one conductive grain to another. In this case, the resistance of the varistor is very high and only a residual current of intensity less than 1 milliampere passes through the varistor. This residual current is called the leakage current. In the presence of an overvoltage, which may be the consequence of a lightning strike, for example, this potential barrier is crossed. The resistance of the varistor suddenly becomes very low thanks to the good conductivity of the zinc oxide which allows the electric current to cross the inter-granular layer. In normal condition, that is to say for example a few hundred volts, the resistance of the varistor is considerable. In the presence of an overvoltage, the resistance of the varistor decreases. The resistance value decreases as a function of the overvoltage rise in a non-linear manner. In the presence of a high surge, that is to say several million volts, it becomes almost zero. It is this property of the varistors which is used in the protection devices of the transmission lines. However, these properties of the varistors are degraded on the one hand as a result of repeated lightning strikes, or by progressive aging. While through a varistor in good condition the leakage current has an intensity less than 1 milliampere, when the varistor is degraded, the leakage current exceeds a few milliamperes. The temperature of the varistor increases and can reach 120 ° C and higher. It can then occur a thermal runaway. This thermal runaway can lead to short-circuiting and destruction of the varistor. The installation is therefore exposed to a risk of fire. An electrical line protection device to reduce this risk will now be presented with reference to Figure 1.
Ce dispositif comporte une première varistance 1 et une seconde varistance (non représentée) superposées. Un déconnecteur thermique composé d'une partie fixe 2 et d'une partie mobile est disposé en contact avec la première varistance 1. La partie fixe 2 est brasée sur la partie mobile. La partie mobile est un coulisseau 3 relié la borne 4 du dispositif. Ainsi le courant peut traverser la borne 4, le coulisseau 3 et entrer dans la première varistance 1. La deuxième varistance est connectée à la première varistance et à la borne 5. Le déconnecteur thermique, la première varistance et la seconde varistance 1 sont montés en série entre les deux bornes 4 et 5 dans un boitier 10. Le coulisseau comprend un axe 7 pouvant se translater dans un perçage du boitier 10 et permettant au coulisseau d'uniquement se translater selon la direction de ce perçage lorsque le coulisseau n'est pas maintenu contre la partie fixe par l'intermédiaire de la brasure. Un ressort 6 hélicoïdal circonscrit à l'axe 7 est comprimé entre le boitier 10 et le coulisseau 3. Lorsqu'un courant traverse les varistances, celles-ci s'échauffent. La chaleur dégagée est diffusée en partie dans la partie fixe 2 et le coulisseau 3. Sous l'effet d'un échauffement important de la varistance, la brasure cède et le coulisseau se translate. La figure 2 représente le coulisseau 3 lorsqu'il est séparé de la partie fixe 2. Le coulisseau s'est translaté dans la direction de l'axe 7 vers une ouverture 8. Le coulisseau 3 et la partie fixe n'étant plus en contact, le circuit est donc ouvert et le courant ne peut plus traverser le dispositif de protection entre la borne 4 et la borne 5. L'ouverture 8 permet de déterminer, depuis l'extérieur, l'état, ouvert ou fermé, du déconnecteur thermique en fonction de la position d'un indicateur visuel 9 porté par le coulisseau 3. This device comprises a first varistor 1 and a second varistor (not shown) superimposed. A thermal disconnector composed of a fixed part 2 and a movable part is placed in contact with the first varistor 1. The fixed part 2 is brazed on the movable part. The moving part is a slider 3 connected to the terminal 4 of the device. Thus the current can pass through the terminal 4, the slider 3 and enter the first varistor 1. The second varistor is connected to the first varistor and to the terminal 5. The thermal disconnector, the first varistor and the second varistor 1 are mounted in series between the two terminals 4 and 5 in a housing 10. The slider comprises an axis 7 can translate in a drilling of the housing 10 and allowing the slider to only translate in the direction of this drilling when the slider is not held against the fixed part through the solder. A helical spring 6 circumscribes the axis 7 is compressed between the housing 10 and the slider 3. When a current flows through the varistors, they heat up. The heat released is diffused partly in the fixed part 2 and the slider 3. Under the effect of a significant heating of the varistor, the solder gives way and the slider is translated. FIG. 2 shows the slider 3 when it is separated from the fixed part 2. The slider has moved in the direction of the axis 7 towards an opening 8. The slider 3 and the fixed part no longer being in contact the circuit is thus open and the current can no longer pass through the protection device between the terminal 4 and the terminal 5. The opening 8 makes it possible to determine, from the outside, the state, open or closed, of the thermal disconnector according to the position of a visual indicator 9 carried by the slider 3.
La figure 3 représente un schéma électrique équivalent du dispositif décrit ci-dessus. Le circuit comporte deux varistances 11 et un déconnecteur thermique 13 montés en série. Le déconnecteur thermique 13 est connecté à la ligne électrique 14 devant être protégée et à une première varistance 11. La ligne électrique peut être tout conducteur servant à amener de l'énergie électrique sous une tension basse ou moyenne à un équipement électrique. La seconde varistance 11 est connectée à la première varistance et à la terre. Un pont thermique 12 permet de diffuser la chaleur émise par la seconde varistance 11 vers le déconnecteur thermique 13. Figure 3 shows an equivalent electrical diagram of the device described above. The circuit comprises two varistors 11 and a thermal disconnector 13 connected in series. The thermal disconnector 13 is connected to the power line 14 to be protected and to a first varistor 11. The power line may be any conductor for supplying electrical energy at low or medium voltage to an electrical equipment. The second varistor 11 is connected to the first varistor and the earth. A thermal bridge 12 makes it possible to diffuse the heat emitted by the second varistor 11 towards the thermal disconnector 13.
Dans une variante, le pont thermique 12 est relié à la première varistance pour diffuser la chaleur émise par la première varistance 11 vers le déconnecteur thermique. Lorsqu'on dispose en série deux varistances tel que cela est représenté sur la figure 3, on a constaté de manière surprenante un allongement du temps avant la mise en court-circuit des varistances 11 par rapport à un dispositif équivalent comportant une varistance unique. Cela permet de laisser au déconnecteur thermique 13 le temps d'opérer en ouvrant le circuit. Ainsi un percement du dispositif de protection tel qu'il est décrit dans la figure 3 est évité car le circuit est ouvert avant que la température de la varistance devienne assez importante pour détruire le dispositif de protection par inflammation. Ainsi il n'est pas nécessaire de changer l'ensemble du dispositif de protection. De même, les risques d'incendie dus à la forte hausse de température sont évités. In a variant, the thermal bridge 12 is connected to the first varistor to diffuse the heat emitted by the first varistor 11 to the thermal disconnector. When two varistors are available in series as shown in FIG. 3, it has surprisingly been found that the time before the short-circuiting of the varistors 11 is shortened compared to an equivalent device comprising a single varistor. This allows the thermal disconnector 13 time to operate by opening the circuit. Thus a piercing of the protective device as described in Figure 3 is avoided because the circuit is open before the temperature of the varistor becomes large enough to destroy the ignition protection device. Thus it is not necessary to change the entire protective device. In the same way, the risks of fire due to the sharp rise of temperature are avoided.
A titre illustratif, pour protéger une ligne électrique dont la tension nominale est de 230 Volt en courant alternatif, un dispositif comportant deux varistances en série identiques, dont la tension maximale de fonctionnement nominal à chaque fois est de 125 Volts en courant alternatif, peut être utilisé. Ainsi, la tension maximale de fonctionnement équivalente des deux varistances en série égale à 250 Volts en courant alternatif. Or, une telle tension maximale de fonctionnement de 250 Volts en courant alternatif convient pour protéger cette ligne électrique à 230V (marge de sécurité d'environ 10%). Dans une variante présentée dans la figure 6, le dispositif de protection comporte deux sous-ensembles comportant chacun deux varistances 11. Dans chaque sous ensemble, les deux varistances 11 sont montées en série. Les deux sous ensembles sont montés en parallèle entre le déconnecteur thermique 13 et la terre 15. Un pont thermique 12 permet de diffuser la chaleur émise par chacune des premières varistances 11 vers le déconnecteur thermique 13. Bien que cette dernière variante ait été décrite avec deux sous ensembles de deux varistances 11 montées en série, dans des variantes, un nombre plus important de sous-ensembles en parallèle peut être utilisé dans le dispositif. Par ailleurs, les sous-ensembles peuvent comporter 3 varistances en série. L'effet de retardement décrit ci-dessus va maintenant être illustré au travers des résultats de deux tests. Le premier test est effectué avec un dispositif selon la figure 1 et le second test est effectué avec un dispositif de protection équivalent ne comportant qu'une seule varistance. Ainsi, la somme des tensions sous une intensité de 1mA des deux varistances montées en série du dispositif selon la figure 1 est sensiblement égale à la tension sous une intensité de 1mA de la varistance du dispositif ne comportant qu'une seule varistance. En référence à la figure 4 on voit des courbes d'intensité et de tension correspondant au premier test. Dans ce test, le dispositif de protection est soumis à une tension continue de 800 Volts à l'aide d'un générateur, tel que cela est visible sur la courbe 16 de la figure 4. By way of illustration, to protect an electrical line whose nominal voltage is 230 V AC, a device comprising two identical series varistors, whose nominal maximum operating voltage in each case is 125 volts AC, can be used. Thus, the maximum operating voltage equivalent of the two varistors in series equal to 250 volts AC. However, such a maximum operating voltage of 250 Volts AC is suitable to protect this power line to 230V (safety margin of about 10%). In a variant shown in FIG. 6, the protection device comprises two subassemblies each comprising two varistors 11. In each subassembly, the two varistors 11 are connected in series. The two subassemblies are connected in parallel between the thermal disconnector 13 and the ground 15. A thermal bridge 12 makes it possible to diffuse the heat emitted by each of the first varistors 11 towards the thermal disconnector 13. Although this latter variant has been described with two subassemblies of two varistors 11 connected in series, in variants, a larger number of subassemblies in parallel can be used in the device. In addition, the subassemblies can comprise 3 varistors in series. The delay effect described above will now be illustrated through the results of two tests. The first test is performed with a device according to Figure 1 and the second test is performed with an equivalent protection device having only one varistor. Thus, the sum of the voltages under an intensity of 1mA of the two varistors connected in series of the device according to FIG. 1 is substantially equal to the voltage under an intensity of 1mA of the varistor of the device having only one varistor. With reference to FIG. 4, intensity and voltage curves corresponding to the first test are shown. In this test, the protection device is subjected to a DC voltage of 800 volts using a generator, as can be seen in curve 16 of FIG.
Les deux varistances ont des caractéristiques électriques sensiblement identiques. Ces caractéristiques électriques ont été choisies pour que la tension d'utilisation équivalente maximale du montage soit proche de 600Volts en courant continu sous une intensité de 1mA. Les deux varistance utilisées sont des varistance dont les dimensions sont 20 de 34x34mm en largeur et en longueur, dont la tension maximale de fonctionnement nominal est de 210Volts en courant alternatif et 270Volts en courant continu, la tension en courant continu sous une intensité de 1mA étant entre 290 et 300Volts, le courant de décharge maximum étant de 40kA (8/20ps). De cette manière, la tension en courant continu équivalente sous 1 mA est 25 entre 580 et 600 Volts La courbe 16 correspond à l'évolution en fonction du temps de la tension aux bornes 4 et 5 du dispositif de protection. Les courbes 17 et 18 correspondent à l'évolution en fonction du temps de l'intensité traversant le dispositif de protection selon deux échelles d'intensités 30 différentes. Both varistors have substantially identical electrical characteristics. These electrical characteristics were chosen so that the maximum equivalent use voltage of the assembly is close to 600Volts in direct current under an intensity of 1mA. The two varistors used are varistors, the dimensions of which are 34x34mm in width and in length, the nominal operating voltage of which is 210Volts in alternating current and 270Volts in direct current, the dc voltage at an intensity of 1mA being between 290 and 300Volts, the maximum discharge current being 40kA (8 / 20ps). In this way, the equivalent dc voltage at 1 mA is between 580 and 600 volts. The curve 16 corresponds to the change as a function of time of the voltage at terminals 4 and 5 of the protection device. The curves 17 and 18 correspond to the evolution as a function of time of the intensity crossing the protection device according to two scales of different intensities.
L'échelle de temps sur l'axe des abscisses est de 5 secondes par division. L'échelle sur l'axe des ordonnées correspond à 200 volts par division pour la courbe 16, 2 ampères par division pour la courbe 17 et 100 ampères par division pour la courbe 18. The time scale on the x-axis is 5 seconds per division. The scale on the y-axis corresponds to 200 volts per division for curve 16, 2 amperes per division for curve 17 and 100 amperes per division for curve 18.
La première division en abscisses correspond à l'état initial où aucun courant ne traverse le dispositif et aucune tension n'est imposée aux bornes du dispositif de protection. Lors d'une mise sous tension 19, une tension continue d'environ 800 volts est imposée aux bornes du dispositif de protection. Cette mise sous tension 19 induit un courant qui traverse la varistance. Ce courant mesuré est de 3 ampères lors de la mise sous tension 19 et diminue progressivement jusqu'à atteindre un palier à 0.4 ampère avant d'être brusquement interrompu environ 7 secondes après la mise sous tension 19. Cette interruption 20 correspond à l'ouverture du circuit par le déconnecteur thermique 13. En effet lors de la mise sous tension 19, la varistance est soumise à une tension supérieure à sa tension maximale de fonctionnement. Le courant traversant la varistance induit un échauffement progressif des varistances 11 et donc l'échauffement du déconnecteur thermique 13 par l'intermédiaire du pont thermique 12 entre la varistance et le déconnecteur thermique. Lorsque l'échauffement induit sur le déconnecteur thermique 13 devient trop important celui-ci ouvre le circuit formé par les varistances 11 et le déconnecteur thermique 13. L'intensité du courant devient donc nulle. Le même test, effectué sur un dispositif ne comportant qu'une unique varistance, va maintenant être décrit en référence à la figure 5 et comparé au test décrit ci-dessus. La varistance de ce test est choisie pour que sa tension d'utilisation nominale en courant continu soit comprise entre 590 et 600Volt sous une intensité de 1mA. Celle-ci est par ailleurs agencée dans le même type de boitier que dans le test ci-dessus. The first division on the abscissa corresponds to the initial state where no current flows through the device and no voltage is imposed on the terminals of the protection device. During a power up 19, a DC voltage of about 800 volts is imposed on the terminals of the protection device. This power up 19 induces a current that passes through the varistor. This measured current is 3 amps during power-up 19 and gradually decreases until a plateau at 0.4 amps before being abruptly interrupted about 7 seconds after power on 19. This interruption 20 corresponds to the opening of the circuit by the thermal disconnector 13. Indeed, during power up 19, the varistor is subjected to a voltage greater than its maximum operating voltage. The current flowing through the varistor induces a gradual heating of the varistors 11 and therefore the heating of the thermal disconnector 13 via the thermal bridge 12 between the varistor and the thermal disconnector. When the heating induced on the thermal disconnector 13 becomes too large it opens the circuit formed by the varistors 11 and the thermal disconnector 13. The intensity of the current becomes zero. The same test, performed on a device having only a single varistor, will now be described with reference to Figure 5 and compared to the test described above. The varistor of this test is chosen so that its nominal DC operating voltage is between 590 and 600Volt under an intensity of 1mA. This one is moreover arranged in the same type of box as in the test above.
La varistance utilisée est une varistance dont les dimensions sont de 34x34mm en largeur et en longueur, dont la tension maximale de fonctionnement nominal est de 385Volts en courant alternatif et 505Volts en courant continu, la tension en courant continu sous une intensité de imA étant entre 590 et 600Volts, le courant de décharge maximum étant de 40kA (8/20ps). Ainsi, la tension en courant continu sous une intensité de 1mA de la varistance du second test est sensiblement égale à la tension équivalente en courant continu sous une intensité de 1mA des deux varistances du premier test, c'est-à-dire à la somme des tensions aux bornes de ces deux varistances. The varistor used is a varistor whose dimensions are 34x34mm in width and in length, whose nominal operating voltage is 385Volts in AC and 505Volts in direct current, the dc voltage at an intensity of imA being between 590 and 600Volts, the maximum discharge current being 40kA (8 / 20ps). Thus, the dc voltage at an intensity of 1 mA of the varistor of the second test is substantially equal to the equivalent DC voltage under an intensity of 1 mA of the two varistors of the first test, that is to say to the sum voltages at the terminals of these two varistors.
Lors de ce test, celle-ci est soumise à une tension continue proche de 800V. La courbe 21 correspond à l'évolution dans le temps de la tension aux bornes 4 et 5 du dispositif de protection. Les courbes 22 et 23 correspondent à l'évolution dans le temps de l'intensité traversant le dispositif de protection selon deux échelles d'intensités différentes. L'échelle de temps sur l'axe des abscisses est de 100 millisecondes par division. L'échelle sur l'axe des ordonnées correspond à 200 volts par division pour la courbe 21, 5 ampères par division pour la courbe 22, 100 ampères par division pour la courbe 23. During this test, it is subjected to a DC voltage close to 800V. Curve 21 corresponds to the evolution over time of the voltage at terminals 4 and 5 of the protection device. The curves 22 and 23 correspond to the change over time of the intensity crossing the protection device according to two scales of different intensities. The time scale on the x-axis is 100 milliseconds per division. The scale on the y-axis corresponds to 200 volts per division for curve 21, 5 amperes per division for curve 22, 100 amperes per division for curve 23.
Dans une phase initiale, aucun courant ne traverse la varistance et aucune tension n'est imposée aux bornes du dispositif. Une tension d'environ 750 volts est ensuite imposée aux bornes du dispositif lors de la mise sous tension 24. Cette mise sous tension 24 induit un courant dans la varistance dont l'intensité est d'environ 27 ampères. Cette intensité diminue progressivement jusque 8 ampères, 170 millisecondes après mise sous tension. A partir de 170 millisecondes après la mise sous tension, l'intensité du courant augmente subitement jusqu'à plus de 250 ampères. Cette hausse subite correspond à la mise en court-circuit 25 de la va rista n ce. En effet, de même que dans le test ci-dessus, la varistance est soumise à une tension plus importante que sa tension d'utilisation nominale en courant continu. Le courant la traversant provoque l'échauffement de celle-ci et donc du déconnecteur thermique. Cependant cet échauffement est très rapide et donc la chaleur n'est pas transmise suffisamment rapidement au déconnecteur thermique pour provoquer l'ouverture de celui-ci avant la destruction de la varistance. In an initial phase, no current flows through the varistor and no voltage is imposed across the device. A voltage of about 750 volts is then imposed across the device during power-up 24. This power-up 24 induces a current in the varistor whose intensity is about 27 amperes. This intensity gradually decreases to 8 amps, 170 milliseconds after power on. From 170 milliseconds after power on, the current suddenly increases to over 250 amperes. This sudden increase corresponds to the short-circuiting of the va rista n ce. Indeed, as in the above test, the varistor is subjected to a voltage greater than its nominal DC operating voltage. Current flowing through it causes the heating thereof and therefore the thermal disconnector. However this heating is very fast and therefore the heat is not transmitted quickly enough to the thermal disconnector to cause the opening of it before the destruction of the varistor.
Ainsi, le dispositif qui ne comporte qu'une seule varistance est détruit seulement 170 millisecondes après la mise sous tension avant que l'ouverture du circuit n'ait pu être effectuée. A contrario, le dispositif comportant deux varistances n'est toujours pas mis en court-circuit 7 secondes après la mise sous tension. Durant cette période, la chaleur a pu être diffusée au déconnecteur thermique et donc celui-ci a pu s'ouvrir avant la destruction du dispositif de protection. On a constaté qu'un effet d'allongement similaire pouvait être constaté avec plusieurs varistances en série, jusqu'à 3 varistances Il est supposé que cet effet est imputable à une variabilité physique des varistances entrainant un certain degré de décorrelation statistiques entre leurs réponses respectives à la mise sous tension. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. L'usage du verbe « comporter », « comprendre » ou « inclure » et de ses formes conjuguées n'exclut pas la présence d'autres éléments ou d'autres étapes que ceux énoncés dans une revendication. L'usage de l'article indéfini « un » ou « une » pour un élément ou une étape n'exclut pas, sauf mention contraire, la présence d'une pluralité de tels éléments ou étapes. Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication. Thus, the device that has only one varistor is destroyed only 170 milliseconds after power up before the opening of the circuit could be performed. On the other hand, the device comprising two varistors is still not short-circuited 7 seconds after switching on. During this period, the heat could be diffused to the thermal disconnector and thus it could open before the destruction of the protective device. It has been found that a similar elongation effect can be observed with several varistors in series, up to 3 varistors. It is supposed that this effect is due to a physical variability of the varistors causing a certain degree of statistical decorrelation between their respective responses. on power up. Although the invention has been described in connection with several particular embodiments, it is obvious that it is not limited thereto and that it comprises all the technical equivalents of the means described and their combinations if they are within the scope of the invention. The use of the verb "to include", "to understand" or "to include" and its conjugated forms does not exclude the presence of other elements or steps other than those set out in a claim. The use of the indefinite article "a" or "an" for an element or a step does not exclude, unless otherwise stated, the presence of a plurality of such elements or steps. In the claims, any reference sign in parentheses can not be interpreted as a limitation of the claim.
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2012
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| Publication number | Publication date |
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