WO2006059011A1 - Dispositif de protection d’une installation electrique, procede et utilisation correspondants - Google Patents

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WO2006059011A1
WO2006059011A1 PCT/FR2005/003001 FR2005003001W WO2006059011A1 WO 2006059011 A1 WO2006059011 A1 WO 2006059011A1 FR 2005003001 W FR2005003001 W FR 2005003001W WO 2006059011 A1 WO2006059011 A1 WO 2006059011A1
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contact members
closed position
protection device
electrical installation
potentially
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Hervé LINDEPERG
Gérard Serrie
Louis Bernard Claude Maurice
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Abb France
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/10—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess voltage, e.g. for lightning protection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/14—Adaptation for built-in safety spark gaps
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49105—Switch making

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of devices for protecting equipment or electrical installations against electrical disturbances, such as transient overvoltages due to a lightning strike.
  • the present invention relates more particularly to a protection device of an electrical installation intended to be mounted in shunt with respect to the electrical installation and comprising at least two electrically conductive contact members capable of passing from a closed position to a position opening when the protective device is traversed by a current of intensity greater than a predetermined threshold value.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a protection device of an electrical installation, said protection device comprising at least two electrically conductive contact members capable of passing from a closed position to an open position when the protective device is traversed by a current of intensity greater than a predetermined threshold value.
  • the invention finally relates to a new use of overcurrent protection devices.
  • an overvoltage protection device such as spark gap arrester
  • an overcurrent protection device mounted in series with an overcurrent protection device, of the circuit breaker type.
  • the circuit breaker then makes it possible to isolate the surge arrester in the event of a failure of the latter, while avoiding the opening of the other general cut-off devices of the electrical installation, in order to ensure continuity of service of the power supply.
  • such assemblies generally involve taking into account, in order to achieve the level of protection of the desired installation, not only the protection level of the arrester but also the own impedance of the circuit breaker.
  • the surge arrester and the circuit breaker are sometimes located at a distance from each other and the impedance of the connecting conductors is often difficult, if not impossible to calculate precisely, which can lead to errors and an underestimation of the actual level of protection of the electrical installation.
  • the objects assigned to the invention therefore aim to propose a new protection device for an electrical installation that does not have the drawbacks listed above and that can be obtained from standard components, without fundamentally modifying the structure of the protection device. , of the circuit breaker type, known.
  • Another object of the invention is to provide a new protection device to ensure a certain level of protection of the electrical installation, while minimizing the number of components necessary for its implementation.
  • Another object of the invention is to propose a new protective device that can be effectively isolated from the electrical installation when it is subjected to overcurrent.
  • Another object of the invention is to propose a new protection device which is particularly easy to install.
  • Another object of the invention is to propose a new protection device whose operating state can be easily monitored.
  • the objects assigned to the invention also aim at proposing a new method for perfecting a protection device of an electrical installation making it possible, simply and with the aid of standard components, to improve the performance of the device.
  • Another object of the invention is to provide a novel method of improving a protection device to improve the functionality of the latter.
  • Another object of the invention is to provide a novel method of improving a protection device to improve the control of the level of protection offered by the device.
  • the objects assigned to the invention are also intended to propose a new use of an overcurrent protection device to confer on the latter additional protection functions.
  • the objects assigned to the invention are achieved by means of a protection device of an electrical installation intended to be mounted in shunt with respect to the electrical installation and comprising at least two electrically conductive contact members capable of passing from a closed position to an open position when the protective device is traversed by a current of intensity greater than a predetermined threshold value, characterized in that in the closed position, the contact members are separated; one from the other by a potentially insulating piece, thus forming a spark gap protection against overvoltages between the contact members.
  • the objects assigned to the invention are also achieved by means of a method of manufacturing a protection device of an electrical installation, said protection device comprising at least two electrically conductive contact members capable of passing from a closed position at an open position when the protective device is traversed by a current of intensity greater than a predetermined threshold value, characterized in that the method comprises a step of mounting a potentially insulating piece between the organs contact, so that in the closed position, the contact members are separated by said potentially insulating piece, thereby forming a spark gap protection against overvoltages between the contact members.
  • an overcurrent protection device as an overvoltage protection device by interposing a potentially insulating piece between the contact members of the device.
  • overcurrent protection device for forming an overvoltage protection spark gap between said contact members.
  • FIG. 1 illustrates, with the aid of a simplified electrical diagram, the principle of the protection device according to the invention in a first position, called closure.
  • FIG. 2 illustrates, with the aid of a simplified electrical diagram, the protection device according to the invention shown in Figure 1 in its open position.
  • FIG. 3 illustrates, in a detailed schematic view, the protective device according to the invention in its closed position.
  • FIG. 4 illustrates, in a detailed schematic view, the protective device according to the invention in its open position.
  • the protective device 1 according to the invention is illustrated in Figures 1 to 4. It is intended to be mounted in parallel (or parallel) with respect to an electrical installation 2 for the purpose of protecting it.
  • electrical installation refers here to any type of device or network that can be powered by an electric current.
  • the protection device 1 according to the invention is advantageously intended to be disposed between a phase P of the installation 2 to be protected and the T. It is also conceivable, without departing from the scope of the invention, that the protective device 1, instead of being connected bypass between a phase P and the earth T, is connected between the neutral and the earth, between a phase and the neutral, or between two phases (case of a differential protection).
  • the protective device 1 according to the invention is advantageously connected to the electrical installation 2 by wiring, at connection terminals 5, 6.
  • the protective device 1 comprises at least two contact members 3, 4, electrically conductive, and preferably metallic, which are capable of occupying at least two distinct positions, and in particular of passing from a so-called closing position to a so-called opening position when the protection device 1 is traversed by a current I of intensity greater than a predetermined threshold value.
  • the closed position corresponds to the functional position of the protection device 1, in which it is connected to the electrical installation 2 and able to protect it.
  • the open position, illustrated in FIG. 2, corresponds on the contrary to an off state, in which the protection device 1 is no longer connected to the electrical installation 2 and is therefore no longer able to protect it. .
  • the disconnection is effected by relative spacing of the contact members 3, 4, so as to increase the isolation distance between them, in the manner of a circuit breaker.
  • the protection device 1 comprises at least one movable contact member 3, able to move between the closed position and the aforementioned open position, and connected, preferably directly, to one of the connection terminals 5, for example by means of a flexible connector 20 allowing its mobility.
  • the protective device 1 also preferably comprises a fixed contact member 4 which, during the transition from the closed position to the open position, preferably remains stationary.
  • the protection device 1 comprises a triggering mechanism 7, sensitive to the intensity of the current I passing through it and able to trigger, when the intensity of the current I exceeds the predetermined threshold value mentioned above, the opening of the contact members. 3, 4.
  • the triggering mechanism 7 comprises means 8 for detecting overcurrents, arranged in series between one of the contact members, for example the fixed contact member 4, and one of the connection terminals 6 of FIG. to be traversed substantially by the same current that is passed by the protection device 1.
  • the detection means 8 may advantageously comprise a bimetallic strip 11 and / or an induction coil 9, wound around a plunger core 10 Such means being conventionally used in circuit breakers and well known to those skilled in the art, they are not the subject of a more detailed description.
  • the detection means 8 are preferably in kinematic connection with an actuating mechanism 12 capable of controlling the displacement of the movable contact member 3 between the closed position and the open position when an overcurrent is detected by the 8.
  • an actuating mechanism 12 capable of controlling the displacement of the movable contact member 3 between the closed position and the open position when an overcurrent is detected by the 8.
  • the thermal effects related to the passage of high current I cause bending of the bimetallic strip 11 which in turn actuates or triggers the actuating mechanism 12 ( Figure 4).
  • the magnetic effects related to the passage of the current I in the induction coil 9 cause the displacement of the plunger 10 which in turn actuate the actuating mechanism 12.
  • the actuating mechanism 12 advantageously comprises a movable support 13 secured to the movable contact member 3 and held in the closed position illustrated in Figure 3 under the constraint of an elastic return means 14 of the spring type.
  • the mobile support 13 is released and moves, for example in translation, under the impulse of the elastic restoring force F exerted by the elastic means 14, causing with it the movable contact member 3 which deviates from the fixed contact member 4 by a predetermined isolation distance d.
  • the contact members 3, 4 are, in their closed position, separated from each other by a potentially insulating piece.
  • the part 15 is thus advantageously interposed between the contact members 3, 4 so that in the closed position, the contact members 3, 4 come into abutment and in physical contact with the part 15.
  • the part 15 has the function of maintaining contact members 3, 4 to distance from each other so that in the closed position illustrated in Figure 3, the contact members 3, 4 are separated by a gap, thereby forming a spark gap E of protection against overvoltages between the organs of contact 3, 4.
  • the spark gap E here denotes the dielectric medium 17 separating, in the closed or open position, the contact members 3, 4 and within which an electric arc 16 is likely to form, said electric arc 16 corresponding to the ionization of the dielectric medium 17.
  • the width of the gap, and in particular of the spark gap E is thus advantageously predetermined by the width of the part 15 so that in case of overvoltage exceeding a predetermined value, an electric arc 16 is formed between the contact members 3, 4 and thus flows the overvoltage current to earth.
  • potentially insulating is meant the property of certain materials capable of passing, when their maximum flow capacity is reached, from a conducting state to an insulating state in which they limit, in the manner of 'an insulator, the passage of the current.
  • materials include conventional dielectric materials, such as ceramics, but also materials based on metal oxide, for example zinc oxide, such as semiconductor materials.
  • potentially insulating materials are, in the sense of the invention, obviously less conductive than metals.
  • the contact members 3, 4 thus form, in the closed position, the electrodes of the spark gap E and the protection device 1 according to the invention then combines an overvoltage protection function, by means of the spark gap E, and an overcurrent protection function, via the movable contact member 3.
  • the spark gap E thus forms an overvoltage protection element, arranged physically between the contact members 3, 4 and connected electrically, in the position closing, to the electrical installation 2 so as to protect it against overvoltages.
  • the movable contact member 3 is advantageously mounted so as to come, in the closed position, in abutment with the potentially insulating piece.
  • the potentially insulating piece 15 is made of dielectric material, for example ceramic.
  • the part 15 is made of semiconductor material, and advantageously constitutes a varistor.
  • the protection device 1 then constitutes a two-stage protection device, namely a thin protection stage, and a coarse protection stage.
  • the surge current flows through the varistor, which then forms a conductive bridge between the contact elements 3, 4 and the protection of the electrical installation 2.
  • an electric arc 16 is formed between the contact members 3, 4 and bypasses the varistor, the spark gap E then forming the protection element of the electrical installation 2.
  • the contact members 3, 4 are, in the closed position, separated by the dielectric medium 17 preferably fluid and formed by a gas such as air, and the part 15 is arranged between the contact members 3, 4 so that in case of overvoltage exceeding a predetermined value, the electric arc 16 is initiated in the dielectric medium 17, substantially at the interface with the part 15.
  • the electric arc 16 is thus formed advantageously along the part 15, the zone located in the dielectric medium 17, close to said part 15, then constituting the spark gap of the spark gap E.
  • the potentially insulating part thus advantageously forms a triggering aid for the spark gap E, making it possible to better control the triggering of the latter and thus the level of protection offered by the protective device 1.
  • the piece 15 makes it possible in particular to avoid use a more complex triggering system, such as a trip circuit, whose integration within a known protection device would require a profound change in its structure and would also lead to an increase in congestion of the device.
  • the protection device 1 comprises a device 18 for breaking the electric arc 16.
  • the cut-off device 18 is formed by an arrangement of metal plates 19 mounted in parallel and able to split the electric arc 16 from the spark gap E in a plurality of elementary arcs so as to cause its extinction.
  • the cutoff device 18 is advantageously arranged at the outlet of the spark gap E, that is to say at the ends of the contact members 3, 4 opposite to the priming zone.
  • the cut-off device 18 and the contact elements 3, 4 are thus arranged in such a way that, when the contact elements 3, 4 are opened, the electric arc 16 is driven towards the cut-off device 18.
  • the cut-off device 18, and in particular the metal splitting plates 19 preferably extend in a direction XX 'substantially perpendicular to the longitudinal extension direction YY' of the members contact 3, 4.
  • the protection device 1 according to the invention is integrated within a housing in the form of a plug-in cartridge on a base (not shown). This embodiment thus facilitates maintenance and in particular the replacement of the device.
  • the protection device 1 also preferably comprises indicating means (not shown) of the state of the device.
  • indicating means are particularly suitable for preventing third parties, for example by virtue of appropriate visual information, that the protection device 1 is out of service and disconnected from the electrical installation 2.
  • Such indicating means are advantageously connected functionally, and preferably mechanically, to the movable contact member 3 so that the movement of the movable contact member 3 from its closed position to its open position actuates the state indicating means protection device 1.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a protection device 1 of an electrical installation, the protection device 1 comprising at least two electrically conductive contact members 3, 4 capable of passing from a closed position to an open position when the protective device 1 is traversed by a current I of intensity greater than a predetermined threshold value, the method comprising a step of mounting a potentially insulating part between the contact members 3, 4, such that in the closed position, the contact members 3, 4 are separated by said potentially insulating piece, thereby forming a spark gap against overvoltages between the contact members 3, 4.
  • the step (a) of assembly thus advantageously comprises a phase of separation of the contact members 3, 4, during which one comes position the potentially insulating piece 15 between the contact members 3, 4, so as to keep the latter at a distance from one another in the closed position.
  • the protective device 1 Before the mounting step (a), the protective device 1 can thus be formed by a pre-existing overcurrent protection device, of the circuit-breaker type, which has just been transformed into an overvoltage protection device. type of surge arrester, simply by interposing the potentially insulating part 15 between the contact members 3, 4.
  • the step (a) for mounting then consists in modifying the overcurrent protection device to turn it into a surge protection device .
  • Such a method makes it possible to improve the functionality of the overcurrent protection device without modifying it in a fundamental way. It is therefore possible, by means of the process according to the invention, to modify overcurrent protection devices, of the circuit-breaker type, already in place in electrical equipment or installations, so as to give them an additional function. overvoltage protection.
  • the method according to the invention thus makes it possible to avoid expensive replacement of devices already in place.
  • the invention also relates to the use of a potentially insulating piece to form a spark gap E protection against overvoltages between the contact members 3, 4 separable from an overcurrent protection device.
  • the potentially insulating piece 15 is advantageously interposed between the contact members 3, 4.
  • the present invention furthermore relates to the use of an overcurrent protection device 1, of the breaker type, as an overvoltage protection device, in which a potentially insulating piece 15 is interposed between the contact members 3, 4 of overcurrent protection device, for forming a spark gap E for protection against overvoltages between said contact members 3, 4.
  • the protection device 1 is initially in its service configuration illustrated in FIG. 3.
  • an electric arc 16 is formed along the piece 15 in the air between the contact members 3, 4.
  • the electric arc 16 then flows the current I corresponding to the overvoltage, for example to earth, and thus ensures the protection of the electrical installation 2 by deriving this current.
  • the detection means 8 sensitive to this overcurrent, trigger the actuating mechanism 12 which acts on the movable contact member 3 so as to cause it to move under elastic stress towards its open position. In this open position, the contact members 3, 4 are separated by an isolation distance d sufficient to prevent the maintenance and reformation of an electric arc.
  • the electric arc 16 initially formed is then driven, upon opening of the contact members 3, 4, towards the outlet of the spark gap E and to the cut-off device 18, advantageously formed by a fractionation chamber.
  • the V shape of the contact members 3, 4 during their opening then contributes to driving the electric arc 16 more rapidly towards the cut-off device 18.
  • the splitting of the electric arc 16 within the cut-off device 18 ensures its extinction, and the protective device 1 is then permanently disconnected from the rest of the electrical installation 2 and must be replaced.
  • Indication means of visual type, then allow the operator to report the failure of protection device 1, and take the necessary measures to replace it quickly.
  • the protection device 1 therefore constitutes a surge arrester with an integrated circuit breaker which only requires, for its realization, to modify succinctly and simply conventional circuit breakers.
  • protection device 1 allows, because of its one-piece character, to limit the risk of error in the choice of the type of circuit breaker to be associated with a given arrester.
  • Another advantage of the invention is to gather, within a single unit block, two different functionalities, namely overvoltage protection and overcurrent protection.
  • the invention finds its industrial application in the manufacture of protective devices for equipment or electrical installations.

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif de protection d'une installation électrique destiné à être monté en dérivation par rapport à l'installation électrique et comprenant au moins deux organes de contact (3, 4) électriquement conducteurs susceptibles de passer d'une position de fermeture à une position d'ouverture lorsque le dispositif de protection (1) est traversé par un courant (I) d'intensité supérieure à une valeur seuil prédéterminée, caractérisé en ce que dans la position de fermeture, les organes de contacts sont séparés l'un de l'autre par une pièce (15) potentiellement isolante, formant ainsi un éclateur (E) de protection contre les surtensions entre les organes de contact (3, 4). Appareils de protection d'installations électriques.

Description

DISPOSITIF DE PROTECTION D'UNE INSTALLATION ELECTRIQUE, PROCEDE ET UTILISATION CORRESPONDANTS
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine technique général des dispositifs de protection d'équipements ou d'installations électriques contre des perturbations électriques, telles que des surtensions transitoires dues à un impact de foudre.
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de protection d'une installation électrique destiné à être monté en dérivation par rapport à l'installation électrique et comprenant au moins deux organes de contact électriquement conducteurs susceptibles de passer d'une position de fermeture à une position d'ouverture lorsque le dispositif de protection est traversé par un courant d'intensité supérieure à une valeur seuil prédéterminée.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif de protection d'une installation électrique, ledit dispositif de protection comprenant au moins deux organes de contact électriquement conducteurs susceptibles de passer d'une position de fermeture à une position d'ouverture lorsque le dispositif de protection est traversé par un courant d'intensité supérieure à une valeur seuil prédéterminée.
L'invention concerne enfin une nouvelle utilisation de dispositifs de protection contre les surintensités. TECHNIQUE ANTERIEURE
II est connu d'utiliser, pour protéger une installation électrique, un dispositif de protection contre les surtensions, du genre parafoudre à éclateur, monté en série avec un dispositif de protection contre les surintensités, du genre disjoncteur. Le disjoncteur permet alors d'isoler le parafoudre en cas de défaillance de ce dernier, tout en évitant l'ouverture des autres organes de coupure généraux de l'installation électrique, afin d'assurer une continuité de service de l'alimentation électrique.
De tels montages, s'ils permettent d'optimiser le fonctionnement de l'installation électrique tout en garantissant la tenue aux surtensions, souffrent néanmoins d'inconvénients non négligeables liés notamment à la complexité du choix des différents composants. Il s'avère en effet difficile, avec les montages connus, de maîtriser et d'optimiser le niveau de protection de l'installation électrique.
En particulier, de tels montages impliquent généralement de prendre en compte, pour parvenir au niveau de protection de l'installation souhaité, non seulement le niveau de protection du parafoudre mais également l'impédance propre du disjoncteur. En outre, le parafoudre et le disjoncteur sont parfois situés à distance l'un de l'autre et l'impédance des conducteurs les reliant est souvent difficile, sinon impossible à calculer précisément, ce qui peut conduire à des erreurs et à une mésestimation du niveau de protection réel de l'installation électrique.
Pour pallier ces inconvénients, on a déjà pensé à intégrer le disjoncteur et le parafoudre au sein d'un même boîtier, ce qui permet de limiter le risque d'erreurs, en ne laissant pas la possibilité à l'opérateur de choisir lui-même le type de disjoncteur à associer à un parafoudre donné. De tels dispositifs, testés en laboratoire dans leur configuration d'utilisation, permettent en outre de garantir un certain niveau global de protection.
Malgré les avantages énumérés précédemment, ces dispositifs souffrent de plusieurs inconvénients. En particulier, leur mise en œuvre nécessite de modifier, souvent de façon fondamentale, la structure du parafoudre et/ou du disjoncteur afin d'assurer leur couplage.
En outre, le regroupement d'un parafoudre et d'un disjoncteur au sein d'un même boîtier conduit généralement le fabriquant à augmenter les dimensions des boîtiers classiques utilisés pour chacun de ces composants pris individuellement, ce qui provoque des problèmes d'encombrement.
EXPOSE DE L'INVENTION
Les objets assignés à l'invention visent par conséquent à proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique ne présentant pas les inconvénients énumérés précédemment et susceptible d'être obtenu à partir de composants standards, sans modifier fondamentalement la structure du dispositif de protection, du genre disjoncteur, connu.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection permettant de garantir un certain niveau de protection de l'installation électrique, tout en minimisant le nombre de composants nécessaires à sa mise en œuvre.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection qui soit particulièrement compact et robuste. Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection susceptible d'offrir, de manière alternative, plusieurs niveaux de protection de l'installation électrique.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection susceptible d'être isolé efficacement de l'installation électrique lorsqu'il est soumis à une surintensité.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection qui soit particulièrement facile à installer.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection dont l'état de fonctionnement peut être facilement surveillé.
Les objets assignés à l'invention visent également à proposer un nouveau procédé de perfectionnement d'un dispositif de protection d'une installation électrique permettant, de façon simple et à l'aide de composants standards, d'améliorer les performances du dispositif.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau procédé de perfectionnement d'un dispositif de protection permettant d'améliorer la fonctionnalité de ce dernier.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau procédé de perfectionnement d'un dispositif de protection permettant d'améliorer la maîtrise du niveau de protection offert par le dispositif.
Les objets assignés à l'invention visent également à proposer une nouvelle utilisation d'un dispositif de protection contre les surintensités permettant de conférer à ce dernier des fonctions de protection supplémentaires. Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif de protection d'une installation électrique destiné à être monté en dérivation par rapport à l'installation électrique et comprenant au moins deux organes de contact électriquement conducteurs susceptibles de passer d'une position de fermeture à une position d'ouverture lorsque le dispositif de protection est traversé par un courant d'intensité supérieure à une valeur seuil prédéterminée, caractérisé en ce que dans Ia position de fermeture, les organes de contacts sont séparés l'un de l'autre par une pièce potentiellement isolante, formant ainsi un éclateur de protection contre les surtensions entre les organes de contact.
Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un procédé de fabrication d'un dispositif de protection d'une installation électrique, ledit dispositif de protection comprenant au moins deux organes de contact électriquement conducteurs susceptibles de passer d'une position de fermeture à une position d'ouverture lorsque le dispositif de protection est traversé par un courant d'intensité supérieure à une valeur seuil prédéterminée, caractérisé en ce que le procédé comporte une étape de montage d'une pièce potentiellement isolante entre les organes de contact, de telle sorte que dans la position de fermeture, les organes de contact soient séparés par ladite pièce potentiellement isolante, formant ainsi un éclateur de protection contre les surtensions entre les organes de contact.
Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide de l'utilisation d'un dispositif de protection contre les surintensités en tant que dispositif de protection contre les surtensions par interposition d'une pièce potentiellement isolante entre les organes de contact du dispositif de protection contre les surintensités pour former un éclateur de protection contre les surtensions entre lesdits organes de contact. DESCRIPTIF SOMMAIRE DES DESSINS
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront plus en détails à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide des dessins annexés donnés à titre purement illustratif et non limitatif, parmi lesquels :
- La figure 1 illustre, à l'aide d'un schéma électrique simplifié, le principe du dispositif de protection conforme à l'invention dans une première position, dite de fermeture.
- La figure 2 illustre, à l'aide d'un schéma électrique simplifié, le dispositif de protection conforme à l'invention illustré sur la figure 1 dans sa position d'ouverture.
- La figure 3 illustre, selon une vue schématique détaillée, le dispositif de protection conforme à l'invention dans sa position de fermeture.
- La figure 4 illustre, selon une vue schématique détaillée, le dispositif de protection conforme à l'invention dans sa position d'ouverture.
MEILLEURE MANIERE DE REALISER L'INVENTION
Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention est illustré sur les figures 1 à 4. Il est destiné à être monté en dérivation (ou en parallèle) par rapport à une installation électrique 2 en vue de la protéger.
L'expression « installation électrique » fait référence ici à tout type d'appareil ou réseau susceptible d'être alimenté par un courant électrique.
Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention est avantageusement destiné à être disposé entre une phase P de l'installation 2 à protéger et la terre T. Il est par ailleurs envisageable, sans pour autant sortir du cadre de l'invention, que le dispositif de protection 1 , au lieu d'être branché en dérivation entre une phase P et la terre T, soit branché entre le neutre et la terre, entre une phase et le neutre, ou encore entre deux phases (cas d'une protection différentielle).
Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention est avantageusement raccordé à l'installation électrique 2 par câblage, au niveau de bornes de raccordement 5, 6.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif de protection 1 comporte au moins deux organes de contact 3, 4, électriquement conducteurs, et de préférence métalliques, qui sont susceptibles d'occuper au moins deux positions distinctes, et en particulier de passer d'une position dite de fermeture à une position dite d'ouverture lorsque le dispositif de protection 1 est traversé par un courant I d'intensité supérieure à une valeur seuil prédéterminée.
La position de fermeture, illustrée sur la figure 1 , correspond à la position fonctionnelle du dispositif de protection 1 , dans laquelle il est raccordé à l'installation électrique 2 et apte à la protéger.
La position d'ouverture, illustrée sur la figure 2, correspond au contraire à un état hors service, dans lequel le dispositif de protection 1 n'est plus raccordé à l'installation électrique 2 et n'est donc plus en mesure de la protéger. La déconnexion s'opère par écartement relatif des organes de contact 3, 4, de manière à augmenter la distance d'isolement entre ces derniers, à la manière d'un disjoncteur.
De façon préférentielle, le dispositif de protection 1 comprend au moins un organe de contact 3 mobile, apte à se déplacer entre la position de fermeture et la position d'ouverture susmentionnées, et raccordé, de préférence directement, à l'une des bornes de raccordement 5, par exemple à l'aide d'un connecteur souple 20 autorisant sa mobilité. Le dispositif de protection 1 comprend également de préférence un organe de contact fixe 4 qui, lors du passage de la position de fermeture à la position d'ouverture, reste avantageusement immobile.
Il est néanmoins envisageable de remplacer l'organe de contact fixe 4 par un organe de contact mobile et ce, sans sortir du cadre de l'invention.
Avantageusement, le dispositif de protection 1 comprend un mécanisme de déclenchement 7, sensible à l'intensité du courant I le traversant et apte à déclencher, lorsque l'intensité du courant I dépasse la valeur seuil prédéterminée susmentionnée, l'ouverture des organes de contact 3, 4.
A cet effet, le mécanisme de déclenchement 7 comprend des moyens de détection 8 des surintensités, disposés en série entre l'un des organes de contact, par exemple l'organe de contact fixe 4, et l'une des bornes de raccordement 6 de manière à être traversé sensiblement par le même courant que celui qui est écoulé par le dispositif de protection 1. Les moyens de détection 8 peuvent avantageusement comporter un bilame 11 et/ou une bobine d'induction 9, enroulée autour d'un noyau plongeur 10. De tels moyens étant classiquement utilisés dans les disjoncteurs et bien connus de l'homme du métier, ils ne font pas l'objet d'une description plus détaillée.
Les moyens de détection 8 sont de préférence en liaison cinématique avec un mécanisme d'actionnement 12 susceptible de commander le déplacement de l'organe de contact mobile 3 entre la position de fermeture et Ia position d'ouverture lorsqu'une surintensité est détectée par les moyens de détection 8. Ainsi, lorsqu'un courant I d'intensité dépassant une valeur seuil prédéterminée traverse le bilame 11 et la bobine 9, deux phénomènes peuvent se produire de façon alternative ou simultanée.
Selon un premier cas de figure, les effets thermiques liés au passage du courant I de forte intensité provoquent la flexion du bilame 11 qui va à son tour actionner ou déclencher le mécanisme d'actionnement 12 (figure 4).
Selon un deuxième cas de figure, susceptible de se produire alternativement ou simultanément avec le premier cas de figure susmentionné, les effets magnétiques liés au passage du courant I dans la bobine d'induction 9 provoquent le déplacement du noyau plongeur 10 qui va à son tour actionner le mécanisme d'actionnement 12.
Le mécanisme d'actionnement 12 comporte avantageusement un support mobile 13 solidarisé avec l'organe de contact mobile 3 et maintenu dans la position de fermeture illustrée sur la figure 3 sous la contrainte d'un moyen de rappel élastique 14 du genre ressort. Lorsque, en cas de surintensité, Ie mécanisme d'actionnement 12 est déclenché, le support mobile 13 est libéré et se déplace, par exemple en translation, sous l'impulsion de la force de rappel élastique F exercée par le moyen élastique 14, entraînant avec lui l'organe de contact mobile 3 qui s'écarte de l'organe de contact fixe 4 d'une distance d'isolement d prédéterminée.
Selon une caractéristique essentielle du dispositif de protection 1 conforme à l'invention, les organes de contact 3, 4 sont, dans leur position de fermeture, séparés l'un de l'autre par une pièce 15 potentiellement isolante.
La pièce 15 est ainsi avantageusement interposée entre les organes de contact 3, 4 de telle sorte que dans la position de fermeture, les organes de contact 3, 4 viennent en appui et en contact physique avec la pièce 15. La pièce 15 a ainsi pour fonction de maintenir les organes de contact 3, 4 à distance l'un de l'autre de telle sorte que dans la position de fermeture illustrée sur la figure 3, les organes de contact 3, 4 soient séparés par un interstice, formant ainsi un éclateur E de protection contre les surtensions entre les organes de contact 3, 4. L'éclateur E désigne ici le milieu diélectrique 17 séparant, en position de fermeture ou d'ouverture, les organes de contact 3, 4 et au sein duquel un arc électrique 16 est susceptible de se former, ledit arc électrique 16 correspondant à l'ionisation du milieu diélectrique 17. La largeur de l'interstice, et notamment de l'éclateur E est ainsi avantageusement prédéterminée par la largeur de Ia pièce 15 de telle sorte qu'en cas de surtension dépassant une valeur prédéterminée, un arc électrique 16 se forme entre les organes de contact 3, 4 et écoule ainsi le courant de surtension vers la terre.
Par l'expression « potentiellement isolant », on désigne Ia propriété de certains matériaux aptes à passer, lorsque leur capacité maximale d'écoulement du courant est atteinte, d'un état conducteur à un état isolant dans lequel ils limitent, à la manière d'un isolant, le passage du courant. De tels matériaux regroupent les matériaux diélectriques classiques, tels que Ia céramique, mais également des matériaux à base d'oxyde métallique, par exemple d'oxyde de zinc, tels que les matériaux semi-conducteurs. De façon générale, de tels matériaux « potentiellement isolants » sont, au sens de l'invention, bien évidemment moins conducteurs que les métaux.
Les organes de contact 3, 4 forment ainsi, dans la position de fermeture, les électrodes de l'éclateur E et le dispositif de protection 1 conforme à l'invention combine alors une fonction de protection contre les surtensions, par le biais de l'éclateur E, et une fonction de protection contre les surintensités, par le biais de l'organe de contact mobile 3. L'éclateur E forme ainsi un élément de protection contre les surtensions, disposé physiquement entre les organes de contact 3, 4 et raccordé électriquement, dans la position de fermeture, à l'installation électrique 2 de manière à la protéger contre les surtensions.
L'organe de contact mobile 3 est avantageusement monté de manière à venir, dans la position de fermeture, en butée contre la pièce 15 potentiellement isolante.
Selon une première variante de réalisation de l'invention, la pièce 15 potentiellement isolante est en matériau diélectrique, par exemple en céramique.
Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, la pièce 15 est en matériau semi-conducteur, et constitue avantageusement une varistance. Le dispositif de protection 1 constitue alors un dispositif de protection à deux étages, à savoir un étage de protection fine, et un étage de protection grossière. Ainsi, dans le cas de surtensions de faibles énergies, pour lesquelles la varistance n'atteint pas sa capacité maximale d'écoulement du courant, l'écoulement du courant de surtension s'effectue à travers la varistance, qui forme alors un pont conducteur entre les organes de contact 3, 4 et assure Ia protection de l'installation électrique 2. En revanche, lorsqu'une surtension de haute énergie se produit, pour laquelle la capacité d'écoulement du courant de la varistance est dépassée, un arc électrique 16 se forme entre les organes de contact 3, 4 et contourne la varistance, l'éclateur E formant alors l'élément de protection de l'installation électrique 2.
Avantageusement, les organes de contact 3, 4 sont, dans la position de fermeture, séparés par le milieu diélectrique 17 de préférence fluide et formé par un gaz tel que l'air, et la pièce 15 est disposée entre les organes de contact 3, 4 de telle sorte qu'en cas de surtension dépassant une valeur prédéterminée, l'arc électrique 16 s'amorce dans le milieu diélectrique 17, sensiblement à l'interface avec la pièce 15. L'arc électrique 16 se forme ainsi avantageusement le long de la pièce 15, la zone située dans le milieu diélectrique 17, à proximité de ladite pièce 15, constituant alors la zone d'amorçage de l'éclateur E.
La pièce 15 potentiellement isolante forme ainsi avantageusement un auxiliaire de déclenchement pour l'éclateur E, permettant de mieux maîtriser le déclenchement de ce dernier et donc le niveau de protection offert par le dispositif de protection 1. La pièce 15 permet notamment d'éviter d'avoir recours à un système de déclenchement plus complexe, tel qu'un circuit de déclenchement, dont l'intégration au sein d'un dispositif de protection connu nécessiterait d'en modifier profondément la structure et conduirait également à une augmentation de l'encombrement du dispositif.
Avantageusement, le dispositif de protection 1 conforme à l'invention comporte un dispositif de coupure 18 de l'arc électrique 16. De façon classique, le dispositif de coupure 18 est formé par un agencement de plaques métalliques 19 montées en parallèle et aptes à fractionner l'arc électrique 16 provenant de l'éclateur E en une pluralité d'arcs élémentaires de manière à provoquer son extinction. Le dispositif de coupure 18 est avantageusement disposé à la sortie de l'éclateur E, c'est-à-dire aux extrémités des organes de contact 3, 4 opposées à la zone d'amorçage. Le dispositif de coupure 18 et les organes de contact 3, 4 sont ainsi disposés relativement de telle manière que lors de l'ouverture des organes de contact 3, 4, l'arc électrique 16 soit chassé vers le dispositif de coupure 18.
Pour limiter encore davantage l'encombrement du dispositif de protection 1 , le dispositif de coupure 18, et notamment les plaques métalliques 19 de fractionnement s'étendent de préférence suivant une direction X-X' sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale d'extension Y-Y' des organes de contact 3, 4. Selon une variante préférentielle de l'invention, le dispositif de protection 1 conforme à l'invention est intégré au sein d'un boîtier se présentant sous la forme d'une cartouche embrochable sur un socle (non représentés). Cette variante de réalisation facilite ainsi la maintenance et notamment le remplacement du dispositif.
Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention comporte également, de préférence, des moyens d'indication (non représentés) de l'état du dispositif. Ces moyens d'indication sont en particulier aptes à prévenir les tiers, grâce par exemple à une information visuelle appropriée, que le dispositif de protection 1 est hors service et déconnecté de l'installation électrique 2. De tels moyens d'indication sont avantageusement reliés fonctionnellement, et de préférence mécaniquement, à l'organe de contact mobile 3 de telle sorte que le mouvement de l'organe de contact mobile 3 de sa position de fermeture vers sa position d'ouverture actionne les moyens d'indication de l'état du dispositif de protection 1.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif de protection 1 d'une installation électrique, le dispositif de protection 1 comprenant au moins deux organes de contact 3, 4 électriquement conducteurs, susceptibles de passer d'une position de fermeture à une position d'ouverture lorsque le dispositif de protection 1 est traversé par un courant I d'intensité supérieure à une valeur seuil prédéterminée, le procédé comprenant une étape de montage d'une pièce 15 potentiellement isolante entre les organes de contact 3, 4, de telle sorte que dans la position de fermeture, les organes de contact 3, 4 soient séparés par ladite pièce 15 potentiellement isolante, formant ainsi un éclateur de protection contre les surtensions entre les organes de contact 3, 4.
L'étape (a) de montage comprend ainsi avantageusement une phase de séparation des organes de contact 3, 4, au cours de laquelle on vient positionner la pièce 15 potentiellement isolante entre les organes de contact 3, 4, de manière à maintenir ces derniers à distance l'un de l'autre dans la position de fermeture.
Avant l'étape (a) de montage, Ie dispositif de protection 1 peut ainsi être formé par un dispositif de protection contre les surintensités pré-existant, du type disjoncteur, que l'on vient transformer en dispositif de protection contre les surtensions, du type parafoudre, simplement en venant interposer la pièce 15 potentiellement isolante entre les organes de contact 3, 4. L'étape (a) de montage consiste alors à modifier le dispositif de protection contre les surintensités pour le transformer en dispositif de protection contre les surtensions. Un tel procédé permet d'améliorer la fonctionnalité du dispositif de protection contre les surintensités sans le modifier de manière fondamentale. Il est donc possible, grâce au procédé conforme à l'invention, de modifier des dispositifs de protection contre les surintensités, du type disjoncteur, déjà en place au sein d'équipements ou d'installations électriques, de manière à leur conférer une fonction supplémentaire de protection contre les surtensions. Le procédé conforme à l'invention permet donc d'éviter le remplacement coûteux de dispositifs déjà en place.
L'invention concerne également l'utilisation d'une pièce potentiellement isolante pour former un éclateur E de protection contre les surtensions entre les organes de contact 3, 4 séparables d'un dispositif de protection contre les surintensités. A cet effet, la pièce 15 potentiellement isolante est avantageusement interposée entre les organes de contact 3, 4.
La présente invention concerne en outre l'utilisation d'un dispositif de protection 1 contre les surintensités, du genre disjoncteur, en tant que dispositif de protection contre les surtensions, dans laquelle on interpose une pièce 15 potentiellement isolante entre les organes de contact 3, 4 du dispositif de protection contre les surintensités, pour former un éclateur E de protection contre les surtensions entre lesdits organes de contact 3, 4.
Le fonctionnement du dispositif de protection 1 conforme à l'invention va maintenant être décrit en se référant aux figures 1 à 4.
Le dispositif de protection 1 se trouve initialement dans sa configuration de service illustrée sur la figure 3. Lorsqu'une surtension se produit, dépassant la capacité maximale d'écoulement de la pièce 15 potentiellement isolante, un arc électrique 16 se forme le long de la pièce 15 dans l'air entre les organes de contact 3, 4. L'arc électrique 16 écoule alors le courant I correspondant à la surtension, par exemple vers la terre, et assure ainsi la protection de l'installation électrique 2 en dérivant ce courant. Lorsque l'intensité du courant I à écouler dépasse une valeur seuil prédéterminée, susceptible d'endommager le dispositif de protection 1 , et notamment l'éclateur E, les moyens de détection 8, sensibles à cette surintensité, déclenchent le mécanisme d'actionnement 12 qui agit sur l'organe de contact mobile 3 de manière à l'entraîner en mouvement, sous contrainte élastique, vers sa position d'ouverture. Dans cette position d'ouverture, les organes de contact 3, 4 sont séparés par une distance d'isolement d suffisante pour empêcher le maintien et la reformation d'un arc électrique.
L'arc électrique 16 initialement formé est alors chassé, lors de l'ouverture des organes de contact 3, 4, vers la sortie de l'éclateur E et vers le dispositif de coupure 18, avantageusement formé par une chambre de fractionnement. La forme en V des organes de contact 3, 4 lors de leur ouverture contribue alors à chasser plus rapidement l'arc électrique 16 vers le dispositif de coupure 18. Le fractionnement de l'arc électrique 16 au sein du dispositif de coupure 18 assure son extinction, et le dispositif de protection 1 est alors définitivement déconnecté du reste de l'installation électrique 2 et doit être remplacé. Des moyens d'indication, de type visuel, permettent alors à l'opérateur de se rendre compte de la défaillance du dispositif de protection 1 , et de prendre les mesures nécessaires pour le remplacer rapidement.
Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention constitue donc un parafoudre avec un disjoncteur intégré qui ne requiert, pour sa réalisation, que de modifier de façon succincte et simple les disjoncteurs classiques.
Un autre avantage du dispositif de protection 1 conforme à l'invention est qu'il permet, en raison de son caractère monobloc, de limiter le risque d'erreur dans le choix du type de disjoncteur à associer à un parafoudre donné.
Un autre avantage de l'invention est de rassembler, au sein d'un même bloc unitaire, deux fonctionnalités différentes, à savoir la protection contre les surtensions et la protection contre les surintensités.
POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE
L'invention trouve son application industrielle dans la fabrication de dispositifs de protection d'équipements ou d'installations électriques.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif de protection d'une installation électrique (2) destiné à être monté en dérivation par rapport à l'installation électrique (2) et comprenant au moins deux organes de contact (3, 4) électriquement conducteurs susceptibles de passer d'une position de fermeture à une position d'ouverture lorsque Ie dispositif de protection (1) est traversé par un courant (I) d'intensité supérieure à une valeur seuil prédéterminée, caractérisé en ce que dans la position de fermeture, les organes de contacts sont séparés l'un de l'autre par une pièce (15) potentiellement isolante, formant ainsi un éclateur (E) de protection contre les surtensions entre les organes de contact (3, 4).
2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que dans la position de fermeture, les organes de contact (3, 4) sont en contact physique avec la pièce (15) potentiellement isolante.
3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que dans la position de fermeture, les organes de contact (3, 4) sont maintenus à distance l'un de l'autre par la pièce (15) potentiellement isolante.
4 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend au moins un organe de contact mobile (3), apte à se déplacer entre la position de fermeture et la position d'ouverture.
5 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'organe de contact mobile (3) est monté de manière à venir, dans la position de fermeture, en butée contre la pièce (15) potentiellement isolante.
6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que dans la position de fermeture, les organes de contact (3, 4) sont situés l'un par rapport à l'autre à une distance telle qu'en cas de surtension, un arc électrique (16) se forme entre lesdits organes de contact (3, 4), écoulant ainsi le courant de surtension.
7 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lorsque l'intensité du courant (I) dépasse la valeur seuil prédéterminée, les organes de contact (3, 4) s'écartent l'un de l'autre vers leur position d'ouverture, permettant ainsi la coupure du courant (I).
8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la pièce (15) potentiellement isolante est en matériau diélectrique.
9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la pièce (15) potentiellement isolante est en matériau semi-conducteur.
10 - Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que la pièce (15) potentiellement isolante est une varistance.
11 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que dans la position de fermeture, les organes de contact (3, 4) sont également séparés par un milieu diélectrique (17) fluide, par exemple de l'air, la pièce (15) potentiellement isolante étant disposée entre les organes de contact (3, 4) de telle sorte qu'en cas de surtension, un arc électrique (16) s'amorce dans le milieu diélectrique (17) fluide, sensiblement à l'interface avec la pièce (15) potentiellement isolante.
12 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de coupure (18) d'arc électrique.
13 - Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que le dispositif de coupure (18) et les organes de contact (3, 4) sont disposés l'un par rapport aux autres de telle manière que lors de l'ouverture des organes de contact (3, 4), l'arc électrique (16) soit chassé vers le dispositif de coupure (18).
14 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est intégré au sein d'une cartouche embrochable.
15 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'indication de l'état du dispositif de protection (1).
16 - Dispositif selon les revendications 4 et 15 caractérisé en ce que les moyens d'indication sont actionnés par le mouvement de l'organe de contact mobile (3).
17 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il constitue un parafoudre avec disjoncteur intégré.
18 - Procédé de fabrication d'un dispositif de protection (1) d'une installation électrique (2), ledit dispositif de protection (1) comprenant au moins deux organes de contact (3, 4) électriquement conducteurs susceptibles de passer d'une position de fermeture à une position d'ouverture lorsque Ie dispositif de protection (1) est traversé par un courant (I) d'intensité supérieure à une valeur seuil prédéterminée, caractérisé en ce que Ie procédé comporte une étape (a) de montage d'une pièce (15) potentiellement isolante entre les organes de contact (3, 4), de telle sorte que dans la position de fermeture, les organes de contact (3, 4) soient séparés par ladite pièce (15) potentiellement isolante, formant ainsi un éclateur (E) de protection contre les surtensions entre les organes de contact (3, 4). - Procédé selon la revendication 18 caractérisé en ce l'étape (a) de montage est mise en œuvre au sein d'un dispositif de protection contre les surintensités pré-existant.
- Utilisation d'un dispositif de protection contre les surintensités en tant que dispositif de protection contre les surtensions par interposition d'une pièce (15) potentiellement isolante entre les organes de contact (3, 4) du dispositif de protection contre les surintensités pour former un éclateur (E) de protection contre les surtensions entre lesdits organes de contact (3, 4).
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