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La présente invention concerne les dispositifs de protection, et plus spécialement un dispositif économique pour la protection des condensa- teurs série contre les surtensions.
On utilise fréquemment des condensateurs en série dans les réseaux de distribution pour neutraliser partiellement ou totalement l'impédance du circuit, de manière à améliorer la régulation de la tension. Comme ces con- densateurs sont mis en série dans la ligne et sont traversés par le courant de ligne, la tension aux bornes du condensateur est proportionnelle au cou- rant de ligne et cette tension peut atteindre des valeurs très élevées en cas de courts-circuits sur la ligne. Il n'est pas possible, en pratique, d'utiliser des condensateurs capables de résister à la tension maximum à laquelle ils pourraient être soumis en cas- de défauts dans la ligne, à cause du coût exagéré de tels condensateurs, et il faut donc prévoir un moyen de protection contre les surtensions.
Comme le condensateur doit ê- tre protégé instantanément à l'apparition d'une surtension, c'est-à-dire durant la première demi-période du courant de court-circuit, on utilise habituellement des éclateurs qui court-circuitent les condensateurs.
Les condensateurs série utilisés dans les lignes de transport de courant chaule)tension, et les groupes relativement importants de con- densateurs série utilisés dans les réseaux de distribution sont habituelle- ment protégés par des éclateurs mis en parallèle sur les condensateurs et pourvus d'extincteurs d'arc qui interviennent au moment voulu pour remettre les condensateurs en série ou de dispositifs de court-cirouitage de l'écla- teur servant à laisser s'éteindre l'arc et d'interruption subséquente du dispositif de court-circuitage pour remettre le condensateur en service.
Ces dispositifs de protection sont relativement coûteux et ne peuvent pas, de ce fait, être utilisés pour protéger des petits condensa- teurs série à basse tension comme on en utilise sur les lignes de distribu- tion à basse tension. Par exemple , il est souvent utile de mettre un con- densateur en série dans le primaire d'un transformateur de sous-station ali- mentant un circuit de distribution dans un quartier habité, afin d'éviter les variations de tension dues au démarrage de moteurs connectés côté basse tension. On peut utiliser, à cet effet, un ou plusieurs condensateurs basse tension ,230 volts par exemple, connectés en série avec le primaire du transformateur.
Une installation de ce genre étant relativement peu coû- teuse, il n'est évidemment pas économique d'utiliser les dispositifs compli- qués et coûteux qui protègent les gros groupes de condensateurs série pour protéger ces petits condensateurs basse tension, le coût du dispositif de protection étant disproportionné par rapport au coût des condensateurs mêmes. C'est pourquoi il a été jugé impossible jusqu'ici de protéger les petits condensateurs série basse tension, quoique cela soit très désirable dans de nombreux cas.
La présente invention a pour but principal de procurer un disposi- tif sûr et économique pour la protection de condensateurs série relative- ment petits.
L'invention a aussi pour but de procurer un dispositif de protec- tion de condensateurs série qui établisse, da façon sûre, un court-circuit du condensateur à l'apparition d'une surtension déterminée et qui soit capable de laisser passer sans interruption le courant de ligne jusqu'à remplacement ou remise en état du dispositif de protection.
L'invention consiste en un dispositif de protection de condensa- teur série comprenant une paire de contacts mobiles l'un par rapport à l'autre et poussés l'un vers l'autre mais normalement écartés par un inter- calaire contenant un éclateur, et un moyen répondant au passage du courant
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dans l'éclateur et permettant aux contacts de se toucher lorsqu'un arc s' établit dans l'éclateur.
L'invention ressortira clairement de la description détaillée de deux formes d'exécution représentées} à titre d'exemple, au dessin anne- xé,dans lequel
La figure 1 est une coupe longitudinale d'une forme d'exécution de l'invention donnée à titre d'exemple.
La figure 2 est une vue de face du dispositif de protection mon- té sur un condensateur ,et la figure 3 est une coupe longitudinale d'une autre forme d'exé- cution de l'invention.
La figure 1 du dessin montre un dispositif de protection 1 suivant l'invention destiné à protéger des condensateurs à tension relativement basse. Le dispositif de protection 1 est enfermé dans un boitier isolant tubulaire 2 en fibre ou autre matière isolante convenable résistant aux intempéries et ayant une rigidité mécanique ..suffisante. L'extrémité supérieure du boitier 2 est fermée par un capot métallique 3 qui peut être vissé dans le boitier en fibre 2 et est pourvu d'une vis-borne 4. Une pièce de contact métallique 5 est vissée dans le boitier 2, à son extrémité in- férieure, de façon à obturer cele-ci. La pièce de contact 5 pénètre dans le boitier 2 et est pourvue d'une ouverture centrale 6 et d'une surface annulaire de contact 7. Une vis -borne 8 peut être piquée sur le côté de la pièce de contact 5.
Une pièce de contact mobile est prévue à l'intérieur du boitier 2. La pièce de contact mobile se compose d'un cylindre de contact en cuivre 9 fermé, à son extrémité supérieure, par une plaque de cuivre 10. Le con- tact mobile 9, monté à l'intérieur du boitier, est associé au contact fixe 5, et un ressort de compression 11 est serré entre la plaque 10 du contact mobile et la face intérieure du capot 3, de manière à repousser le contact 9 dans la direction du contact fixe 5 et à fermer le circuit en- tre les bornes 4 et 8. Un shunt 12 relie, de préférence, le capot 3 à la plaque 10, afin que le ressort 11 ne soit pas traversé par le courant.
Les contacts 9 et 5 sont poussés l'un vers l'autre par le ressort 11, mais ils restent normalement écartés sous l'effet d'un intercalaire mon- té à l'intérieur du boitier 2. L'intercalaire contient un éclateur 13 et un support 14 fixé sur la pièce de contact fixe 5. L'éclateur 13 peut être de tout type convenable pouvant être réglé avec précision pour une tension de rupture relativement basse, et est représenté sous la forme d'un écla- teur scellé à basse pression L'éclateur 13 peut se composer par exemple d'électrodes espacées 15 enfermées dans une enveloppe de verre 16, les extrémités des électrodes traversant l'enveloppe et étant scellées au ver- re.
Un éclateur de ce type peut être vidé de son air et rempli avec un gaz inerte, la pression du gaz et la distance entre électrodes étant réglées de façon à obtenir la tension de rupture voulue, qui doit être de l'ordre de deux et demi fois la tension de service du condensateur à protéger.
L'éclateur 13 est placé à l'intérieur du contact mobile 9, avec son électrode supérieure en contact avec la plaque 10. L'électrode inférieu- re de l'éclateur est prolongée par une tige 17 qui traverse une rondelle de centrage en fibre 18 faisant partie de la pièce de contact mobile et vient toucher le support 14. Ce dernier consiste,de préférence , en une rondelle de matière résistive et est logé dans l'ouverture centrale 6 de la pièce de contact fixe 5. La pièce support résistive 14 est représentée serrée contre un épaulement de l'ouverture centrale 6 par un anneau de fixation
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19 vissé dans la pièce de contact 5. Une rondelle de centrage en fibre 55, percée d'un trou central, peut être prévue au sommet de la pièce de contact
5, pour guider la tige d'électrode 17 dans ses mouvements.
Le support 14 est,de préférence, une pièce résistive qui est nor- malement à l'état solide et présente une rigidité mécanique suffisante pour résister à la pression du ressort 11, mais qui peut céder ou perdre sa ré- sistance mécanique sous l'effet du passage de courant électrique. La pièce résistive 14 peut, par exemple être faite en matière thermoplastique chargée d'une quantité convenable de fins grains métalliques donnant, à la matière, la conductibilité voulue.La pièce résistive 14 consiste ,de préférence , en polystyrène moulé chargé d'une quantité relativement grarde de fine pou- dre d'aluminium. Une rondelle de ce genre a une conductibilité suffisante pour laisser passer le courant de court-circuit et protéger le condensateur.
Au passage du courant, la rondelle se ramollit très rapidement ou perd sa rigidité ou sa solidité mécanique de façon à céder, ou bien elle éclate si le courant est suffisamment important. Dans les conditions normales de tra- vail, quand aucun courant ne la traverse, la pièce résistive 14 est solide et suffisamment résistantemécaniquement pour maintenir 11 éclateur 13 dans la position représentée, de sorte que l'éclateur et la pièce résistive agisL sent comme un intercalaire qui maintient les pièces de contact 5 et 9 écartées contre l'effort du ressort 11. Il va de soi que, malgré qu'une matière préférée déterminée ait été indiquée pour la pièce 14, on peut utiliser d' autres matières convenables pouvant céder ou se ramollir sous l'effet du passage de courant dans l'éclateur.
A l'utilisation , le dispositif de protection 1 est mis directe-- ment aux bornes d'un condensateur 20 qu'il doit protéger. Le condensateur 20 est représenté connecté en série dans une ligne 21 qui peut consister, par exemple, en une ligne de distribution à tension relativement basse, le condensateur 20 pouvant lui-même être un relativement petit condensateur à basse tension. Comme le dispositif de protection 1 est de petite dimen- sion, il peut être facilement monté sur le condensateur lui-même, si on le désire. Ainsi que la figure 2 le montre, le dispositif de protection 1 peut être fixé directement aux bornes 22 du condensateur 20, à l'aide de pattes en cuivre 23 solidaires des bornes 22 et venant en contact avec les vis- bornes 4 et 8 du dispositif de protection , celui-ci étant ainsi monté di- rectement aux bornes du condensateur.
Des serrer-câble 24 de tout type con- venable peuvent être prévus sur les bornes 4 et 8 pour connecter les conduc- teurs de ligne.
En fonctionnement normal, les pièces de contact 5 et 9 du dispo- sitif de protection 1 sont maintenues écartées, comme précité et représen- té à la figure 1, et le condensateur protégé est directement en série dans la ligne. Dans le cas d'un court-circuit ou d'un courant exagéré dans la ligne 21, qui fait apparaître, aux bornes du condensateur, une différence de potentiel supérieure à la tension de rupture de l'éclateur 13, un arc @ se produit dans ce dernier et court-circuite le condensateur, protégeant celui-ci contre la surtension. Du courant circule alors de la borne-vis 4, à travers l'éclateur 13 et la pièce résistive 14, à la borne-vis 8.
Le cou- rant traversant la pièce résistive 14 ainsi que probablement l'échauffement dû à la résistance de contact entre la tige d'électrode et la pièce résis- tive font que cette dernière perd rapidement sa rigidité mécanique et cède ou éclate même, et la tige d'électrode 17 perce rapidement et facilement la pièce résistive 14 sous la force du ressort 11, de sorte que le contact 9 vient toucher le contact fixe 5 et établit un circuit de by-pass du con- densateur 20 de façon à protéger celui-ci et à court-circuiter simultanément l'éclateur 13 afin d'éteindre l'arc. La tige d'électride 17 traverse l'ouver-
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ture centrale 6 de la pièce de contact 5 et dépasse du fond du dispositif de protection, ce qui constitue une indication sûre et aisée de ce que le dispositif de protection a fonctionné.
Il faut noter que lorsqu'un arc s'est établi dans l'éclateur 13, le circuit de by-pass n'est pas interrompu pendantle fonctionnement du dis- positif de protection, puisque du courant circule sans interruption dans l'éclateur et la pièce résistive 14 jusqu'au moment où les pièces de contact 5 et 9 se touchent, le courant passant ensuite par les contacts sans s'inter- rompre. Ceci est une particularité importante de l'invention, puisqu'ainsi le condensateur est continuellement protégé dès établissement de l'arc.
Les caractéristiques de la pièce réistive 14 sont telles qu'elle cède ou éclate très rapidement pour des forts courants de court-circuit, pro- tégeant le condensateur en une petite fraction de seconde et empêchant la destruction de l'éclateur. Pour des courants plus faibles, la pièce résis- tive cède plus lentement, de sorte que le dispositif a des caractéristiques inverses de temps intéressantes, ne fonctionnant pas pour des surtensions transitoires modérées de courte durée qui ne mettent pas le condensateur en danger.
Après fonctionnement du dispositif, le condensateur est évidemment court-circuité par le dispositif da protection, les pièces de contact de ce dernier étant capables de véhiculer le courant de ligne de façon inin- terrompue. Pour remettre le condensateur en service, le dispositif de pro- tection 1 doit être remplacé ou remis en étata Le dispositif est facilement et rapidement remis en état en enlevant l'anneau de fixation 19 vissé dans la pièce de contact 5. Les restes de la pièce résistive 14 sont enlevés, on remet une nouvelle pièce résistive et on revisse l'anneau 19 dans la piè- ce de contact 5, formant ainsi l'éclateur 13 et l'électrode mobile 9 à repren- dre leur position originale représentée à la figure 1. Le dispositif est ain- si prêt à être réutilisé.
La description qui précède montre que l'invention procure un dis- positif de protection simple et économique convenant à la protection de condensateurs relativement petits à basse tension, et permettant d'utiliser ceux-ci avec une protection sans que cela entraine une dépense exagérée.Le dispositif est relativement simple et peut fonctionner de nombreuses fois puisqu'on peut facilement le remettre en état en remplaçant simplement la petite pièce résistive 14 peu coûteuse.
Le dispositif de protection décrit ci-dessus est destiné à des condensateurs de tension relativement basse, par exemple les condensateurs à tension de service de 575 volts, et à des cas d'application où les cou- rants de court-circuit ne sont pas trop élevés. Pour des tensions et des courants de court-circuit plus élevés, on peut utiliser la forme d'exécu- tion représentée à la figure 3. Le dispositif de protection 25 représenté à la figure 3 convient pour la protection de condensateurs à tensions de service relativement élevées, jusqu'à 4.160 volts, et pouvant laisser passer des courants de court-circuit de plusieurs milliers d'ampères.
Le dispositif de protection 25 est enfermé dans une enveloppe isolante 26, de préférence en porcelaine, quoiqu'on puisse aussi utiliser d'autres matières isolantes solides et résistantes aux intempéries. L'extré- mité supérieure 26 est fermée par un caôt en métal coulé 27 qui peut être cimenté à l'enveloppe 26, comme représenté en 28. Une borne filetée 29 est fixée sur le capot supérieur 27 et peut être pourvue d'un serre-câble conve- nable 30.
Une pièce annulaire coulée inférieure 31 est fixée sur le fond de l'enveloppe 26, de préférence par cimentage comme indiqué en 32, et le fond de l'enveloppe 26 est obturé par une plaque métallique 33 qui peut
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être boulonnée ou autrement fixée à la pièce coulée de fond 31. La plaque de fond 33 a une ouverture centrale et sert de pièce de contact fixe. Une borne filetée 34 pourvue d'un serre-câble 35 est montée sur la plaque 33.
Une pièce de contact mobile est montée à l'intérieur de l'envelop- pe 26.Le contact mobile est représenté sous la forme d'un tube de cuivre 36 qui peut être pourvu, à son extrémité inférieure, d'une bague de contact 37.
L'extrémité supérieure du contact tubulaire 36 est fermée par une plaque de cuivre supérieure 38, et un ressort de compression 39, compris entre la plaque supérieure 38 et la face intérieure du capot coulé 27, repousse le contact mobile dans la direction de la plaque de contact fixe 33. De préférence, un shunt 40 relie la plaque 38 au capot coulé 27 Une pièce de guidage en fibre 41 peut être attachas au capot coulé 27 et un têton de guidage 42, monté sur la plaque supérieure 39,s'introduit dans un trou cen- tral pratiqué dans la pièce de guidage 41 afin de guider le mouvement de la pièce de contact mobile 36.
Les pièces de contact 36 et 33 sont normalement maintenues écar- tées dans la position représentée au dessin, par un intercalaire qui con- tient un éclateur 43 et un support ou pièce résistive 44. L'éclateur 43 est disposé à l'intérieur de la pièce de contact mobile 36 et comprend une élec- trode supérieure 45 et une électrode inférieure 46, les deux électrodes étant faites,de préférence, de graphite. L'électrode supérieure 45 peut a- voir la forme d'une cuvette renversée, uomme représenté, et est montée sur ou fixée, de façon conductrice, à la plaque 38. Un tube en fibre 47 est fi- xé à la plaque 38 et entoure l'électrode 45 de façon à enfermer l'éclateur .et à porter l'électrode inférieure 46.
Celle-ci est montée dans un porte-é- lent,rode métal'.ique 48 vissé dans une plaque support 49 fixée au fond dur tube isolant 47. La position du porte-électrode 48 peut être réglée de façon à varier l'écartement des électrodes 45 et 46 et donc la tension de rupture de l'éclateur, en vissant plus ou moins profondément le porte-électrode 48 dans la plaque 49, un éorou de blocage 50 étant prévu pour fixer l'élec- trode dans la position choisie.
Le porte-électrode 48 -est prolongé par une tige 51 qui vient toucher la pièce support 44Celle-ci consiste, de préférence, en une rondel- le de matière résistive faite, de préférence, de la même matière que la piè- ce résistive 14 précitée, de façon qu'elle ait les mêmes caractéristiques.
La pièce résistive 44 est montée sur la plaque de contact 33 et peut être maintenue dans une pièce de centrage 52 vissée dans l'ouverture centrale de le plaque 33 La pièce résistive 44 est bloquée par un anneau de fixation 53 vissée sur la pièce de centrage 52. Un tuve de guidage en fibre 54 peut aussi être logé dans la pièce de centrage 52, de façon à guider la tige d' électrode 51 dans ses mouvements axiaux-
Le fonctionnement de ce dispositif est essentiellement le même que celui du dispositif de protection de la figure 1 décrit précédemment.
Le dispositif de protection 25 est connecté directement aux bornes du conden- sateur à protéger et, dans les conditions normales , les pièces de contact 33 et 36 sont maintenues écartées par l'éclateur 43 qui pose sur le support ou pièce résistive 44. A l'apparition, aux bornes du condensateur ,d'une surtension dépassant la tension de rupture de l'éclateur 43, un arc s'établit et du courant circule, dans le dispositif, de la borne 29, par l'éclateur et la pièce résistive 44, à la borne 34.. Comme précité, la pièce résistive 44 perd très rapidement sa résistance mécanique et cède, de sorte que la tige d'électrode 51 perce la pièce résistive et le contact mobile 36 est amené contre le contact 33 par le ressort 39.
Un circuit de by-pass pro- tège ainsi le condensateur et court-circuite aussi l'éclateur 43 de façon à éteindre l'arc. La tige d'électroie 51 dépasse du fond du dispositif et
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ceci est une indication visible que le dispositif a fonctionné.
Après fonctionnement,le dispositif 25 est facilement remis en é- tat pour une nouvelle utilisation en'enlevant l'anneau de fixation 53, remettant une nouvelle pièce résistive 44 et replaçant l'anneau 53. Le fonctionnement et les avantages du dispositif de protection 25 sont donc les mêmes que ceux décrits relativement au dispositif de la figure 1, mais le dispositif 25 est pourvu d'un éclateur plus robuste pouvant être utili- sé avec des tensions et des courants de court-circuit plus élevés.
La description qui précède montre que l'invention procure un dis- positif de protection convenant pour protéger des condensateurs relativement petits à basse tension montés en série, à cause de son faible prix de re- vient et de sa simplicité.Ce dispositif permet donc d'utiliser des conden- sateurs série dans des petites installations où il n'était pas possible de les utiliser jusqu'ici du fait que les seuls dispositifs de protection disponibles jusqu'ici étaient trop coûteux.
REVENDICATIONS
1.- Dispositif de protection, de préférence pour la protection des condensateurs série contre les surtensions, comprenant une paire-de contacts mobiles l'un par rapport à l'autre, un moyen d'action poussant les contacts l'un vers l'autre, et un intercalaire maintenant les contacts nor- malement écartés, cet intercalaire contenant un éclateur et un moyen répon- dant au passage de courant dans l'éclateur pour permettre aux contacts de venir se toucher lorsqu'un arc s'établit dans l'éclateur.