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La présente invention concerne le domaine des parafoudres.
Elle s'applique notamment aux parafoudres pour haute tension,
typiquement au réseaux électriques de tension nominale supérieure à 1kV
efficace entre phases.
Les parafoudres sont des dispositifs conçus pour être connectés
entre une ligne électrique, notamment moyenne ou haute tension, et la
masse, pour limiter l'amplitude et la durée des surtensions apparaissant sur
la ligne.
Ces surtensions peuvent être dues par exemple à des
phénomènes atmosphériques, tels que la foudre, ou des inductions dans les
conducteurs.
Ces surtensions peuvent également être dues à des ma-
noeuvres sur la ligne sous tension.
Les parafoudres sont généralement formés par empilement de '
différentes varistances, le plus souvent de nos jours par empilement de
plusieurs disques à base d'oxyde de zinc, dont la résistivité électrique est
fortement non linéaire en fonction de la tension appliquée.
Plus précisément, ces varistances ne laissent passer pratique
ment aucun courant tant que la tension à leurs bornes est inférieure à un
seuil d'amorçage et en revanche, laissent passer un courant très fort,
pouvant atteindre plusieurs dizaines de kA, lorsque la tension appliquée à
leurs bornes dépasse le seuil d'amorçage précité.
Le nombre de varistances utilisées dans le parafoudre est tel
que la tension nominale de service sur la ligne électrique soit inférieure au
seuil d'amorçage aux bornes de l'empilement de varistances.
Ainsi, le parafoudre peut supporter en permanence la tension
nominale de service, sans fuite de courant, et permet en revanche d'écouler
les courants de décharge d'intensité très élevée pouvant apparaître
temporairement sur la ligne en cas de surtension accidentelle.
On a déjà proposé de nombreux types de parafoudres.
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Plus précisément, le document EP-A-0 274 674 a proposé de
surmouler une enveloppe en matériau composite à base d'élastomère,
EPDM, silicone, ou autre résine chargée ou non, sur un empilement de
varistances.
Le document US-A-4 161 012 a également proposé de disposer
une enveloppe en élastomère sur les varistances. Ce document propose de
réaliser cette enveloppe par dépôt de l'élastomère sur la surface extérieure
des varistances, ou par moulage de l'enveloppe sur les varistances, ou
encore par préformage de l'enveloppe en élastomère, puis insertion des
varistances dans celle-ci.
Le document US-A-3 018 406 proposait, dès 1958, de réaliser
l'enveloppe sous forme de deux coquilles complémentaires préformées et
uni: enveloppe externe de matière plastique moulée par injection sur ies
varistances.
Le document US-A-3 586 934 a proposé de réaliser l'enveloppe
à l'aide d'une résine synthétique, par exemple à base d'époxy ou de
polyester, voire un vernis silicone ou polyester.
Le document EP-A-0 196 370 a proposé de réaliser l'enveloppe
sur un corps de varistances en coulant une résine synthétique formée par
exemple de résine époxyde, de béton de polymères, de résine de silicone,
ou d'un élastomère, ou en recouvrant le corps de varistances d'un tube ,
rétrécissable en matière plastique, ou encore en munissant cet empilement
d'une couche d'une résine synthétique.
Par ailleurs, les documents, US-A-4 656 555, US-A-4 905 118,
US-A-4 404 614, EP-A-0 304 690, EP-A-0 335 479; EP-A-0 335 480, EP-A-0
397 163, EP-A-0 233 022, EP-A-0 443 286 et DE-A-0 898 603 ont proposé
de réaliser l'enveloppe entourant l'empilement, de varistances en matériaux
camposites composés de fibres, généralement de fibres de verre imprégnées
de résine.
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Le document EP-A-0 233 022 a proposé de former sur un
empilement de varistances une coquille à base de fibres de verre renforcées
de résine époxy, puis une enveloppe thermorétractable, ou pouvant être
5 libérée par un moyen mécanique équivalent sur ladite coquille, à base
d'élastomère.
En variante, l'enveloppe peut être moulée in situ à base de
résine synthétique ou de matériau polymère.
Le document indique que !a coquille peut être préformée. Ce
document propose également d'utiliser une nappe de fibres préimprégnées.
Le document EP-A-0 304 690 propose de réaliser tout d'abord
un enroulement filamentaire de fibres de verre imprégnées de résine, puis
de former sur l'extérieur de l'enroulement un revêtement en matériau
élastomère de type EPDM, par injection.
Le document EP-A-0 355 479 propose de placer successivement
sur l'empilement de varistances, tout d'abord une barrière formée d'un film
plastique, par exemple à base de propylène, puis un enroulement de
filaments non conducteurs, et enfin un boîtier en élastomère résistant aux
intempéries.
Le document EP-A-0 397 163 a proposé de placer successive-
ment sur l'empilement de varistances un enroulement filamentaire
imprégné de résine, puis de former sur cet enroulement un revêtement à ~i
ailettes, en élastomère, par exemple en EPDM, par injection.
La technique d'utilisation d'un matériau composite est très
ancienne.
Le document DE-A-0 898 603 proposait en effet dès 1946
d'utiliser des fibres de verre imprégnées de résine pour envelopper des
varistances.
Les parafoudres jusqu'ici proposés ont rendus de grands
services.
'toutefois, la Demanderesse propose de perfectionner les
parafoudres existants.
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- un empilement de varistances,
- une première enveloppe en matériau composite formée sur l'empilement
de varistances, et
- une enveloppe externe à ailettes formée sur l'enveloppe en matériau
composite.
Plus précisément, ce parafoudre est caractérisé selon la
présente invention . par le fait que:
- la première enveloppe formée sur l'empilement de varistances est au
moins semi-rigide et présente une section externe constante sur sa
longueur, afin de compenser en particulier les inégalités de surfaces de
l'empilement de varistances dues aux écarts d'alignement et aux
dispersions de dimensions des varistances, et
- l'enveloppe externe à ailettes comprend d'une part une enveloppe
extérieure d'épaisseur sensiblement constante formée par extrusion sur la
première enveloppe et des ailettes annulaires rapportées ultérieurement
sur l'enveloppe extérieure extrudée.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente
invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre,
et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs
et sur lesquels:
- les figures 1 à 6 annexées représentent schématiquement, et selon des
vues en coupes axiales longitudinales du parafoudre, les diverses étapes
successives de réalisation d'un parafoudre conforme à une variante de
réalisation de la présente invention,
- la figure 7 représente une vue schématique de deux ébauches de
parafoudre reliées entre elles par une entretoise pour faciliter l'étape
d'extrusion,
- la figure 8 représente schématiquement une variante de réalisation d'un
parafoudre conforme à la présente invention, plus précisément la demi
vue gauche de la figure 8 représente le parafoudre en vue exérieure,
tandis que la demi vue droite de la figure 8 représente le même
parafoudre en coupe axiale longitudinale,
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Toutefois, en variante, on peut envisager de placer les pièces
de contact 200 sur les extrémités du parafoudre, seulement après
réalisation de la première enveloppe 300, voire même seulement après
réalisation de l'enveloppe externe 400.
La géométrie d'un mode de réalisation particulier et non -
limitatif des pièces de contact 200 sera décrite plus en détail par la suite
en regard des figures 9 et !0.
Pour l'instant, on notera simplement que les pièces de contact
200 comprennent de préférence une gorge annulaire 210.
Comme cela est représenté schématiquement sur !a figure 3,
l'étape ultérieure du procédé conforme à la présente invention consiste à
réaliser une première enveloppe 300 en matériau composite, sur l'empile-
ment de varistances 100 ainsi formé.
Pour cela, de préférence, un tissu de fibres 300, très
préférentiellement de fibres de verre, est enroulé autour de l'empilement
de varistances 100 et sur la base des deux pièces de contact 200.
Deux liens 350 sont serrés sur l'enveloppe 300, en regard 'des
gorges 210 précitées.
L'enveloppe 300 assure ainsi une liaison ferme entre les deux
pièces de contact 200 et maintient, par sollicitatïon axiale, un bon contact
électrique entre les faces principales 104, transversales à l'axe 102, de
chaque paire de varistances adjacente d'une part, et entre les faces
principales 104 externes des varistances 100 placées aux extrémités de la
pile, et respectivement les pièces de contact 200, d'autre part.
z5 Selon un made de réalisation très préférentiel de la présente
invention, mais non limitatif, l'enveloppe 300 est formêe, comme indiqué
précédemment, d'un tissu de fibres.
II s'agit de préférence de fibres de verre.
Ces fibres sont orientées essentiellement pacallèlement à
1!axe 102 de l'empilement de varistances.
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Par ailleurs, les fibres s'étendent avantageusement sur toute
la longueur de l'empilement.
Ainsi, lorsqu'un effort est appliqué transversalement à l'axe
102 sur l'une des extrémités du parafoudre, les fibres de l'enveloppe 300
travaillent pour les unes en élongation, pour les autres à la compression.
Les fibres de verre possèdent d'excellentes propriété de
résistance, tant à l'élongation qu'à la compression.
Elles permettent par conséquent d'assurer une bonne tenue
mécanique du parafoudre à la flexion.
Plus précisément encore, le tissu de fibres utilisé est
avantageusement un tissu à mailles ouvertes. Cette disposition autorise un
libre dégazage de l'empilement de varistances.
Le tissu de fibres peut être imprégné de toute résine connue
des spécialistes dans le domaine des matériaux composites.
Le lien 350 peut être formé de nombreuses variantes, par
exemple d'un ruban, ou de fibres séparées; telles que des fibres imprégnées
de résine.
La mise en place des liens 350 permet d'immobiliser
fermement l'enveloppe 300 à translation sur chaque pièce de contact 200 et
ainsi d'assurer une bonne immobilisation à translation relative des pièces
de contact 200.
L'enveloppe 300 peut être fomée de différentes nappes de
fibres superposées.
Une nappe de fibres ultime peut être enroulée le cas échéant
sur l'ensemble de l'enveloppe 300 préformée ainsi que les liens 350 afin de
définir une surface externe cylindrique parfaitement continue avant
réalisation de l'enveloppe externe 400.
I1 est en effet primordial, peur l'étape d'extrusion schématisée
sur la figure 4, que ia surface extérieure de l'enveloppe interne 300
présente un état de surface irréprochable et soit de section rigoureusement
constante sur sa longueur.
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11
L'épaisseur de l'enveloppe interne 300 doit être adaptée,
comme indiquée précédemment pour compenser en particulier les inégalités
de surfaces de l'empilement de varistances dues aux écarts d'alignement et
aux dispersions de dimensions de varistances.
Selon une mise en oeuvre très préférentielle de la présente
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invention, le tissu de fibres composant l'enveloppe 300 est un tissu de
fibres de verre croisé à raison de 62,5% en poids de fibres dans le sens
trame parallèle à l'axe 102 et 37,5% en poids de fibres dans le sens chaîne
transversale à l'axe 102.
Le tissu possède des mailles de 3,5 x 5mm.
Les fibres de verre enchevêtrées sont thermocollées.
La longueur de la trame est égale à la longueur de
l'enveloppe 300.
L'épaisseur de chaque nappe du tissu est de l'ordre de 1,60mm
et l'on utilise de préférence de deux à trois nappes de tissu superposées.
La résine utilisée est de préférence un polyester insaturé.
Selon un mode de réalisation donné à titre d'exemple non
limitatif, le lien 350 est formé de fibres de verre à raison de 80% en poids
dans le sens chaîne et 20% en poids dans le sens trame et possède une
largeur de 20mm.
Comme on l'a schématisé sur la figure 4, l'étape ultérieure
consiste à engager l'empilement obtenu reprêsenté sur la figure 3 et
comprenant l'enveloppe interne 300 dans une filière d'extrusion 800 pour
former l'enveloppe externe 400.
Sur la figure 4, on a représenté schématiquement une tête
d'extrusion 300.
~n pratique, on peut en effet utiliser toute extrudeuse w
classique appropriée.
L'enveloppe externe 400 a pour but essentiel de protéger
lympilement de parafoudre l00 et l'enveloppe interne 300 en matériau
composite, notamment à l'égard de l'humidité, et plus généralement à
l'égard des intempéries.
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L'enveloppe externe 400 peut être formée en tout matériau
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Leurs nombre, profil et espacement peuvent varier en fonction
des exigences de tenue sous pollution et bien videmment de la tension
nominale du parafoudre.
De prfrence, les ailettes 500 ont une forme gnrale
tronconique, comme reprsent sur la figure 6.
Elles sont ralises avantageusement base de silicone,
comme l'enveloppe 400.
Le maintien des ailettes 500 sur l'enveloppe externe 400 est '
de prfrence assur par l'adjonction d'un composant synthtique qui
fait
office de colle.
On notera galement, l'examen de la figure 6, que de
prfrence, afin de renforcer l'tanchit du parafoudre, des colliers
600
sont serrs sur les extrmits de l'enveloppe 400, en regard respectivement
de chaque pice de contact 200.
On a reprsent sur la figure 8 annexe un exemple de
ralisation d'un parafoudre conforme la prsente invention pour rseau
63kV.
On notera l'examen de la figure 8 annexe que ce
parafoudre comprend en outre, chacune de ses extrmits, une calotte
700 lctriquement conductrice, forme de prfrence base de mtal.
Chaque calotte 700 peut par exemple recouvrir le collier b00 ,._
associ.
Chaque calotte 700 peut tre fixe sur l'extrmit du
parafoudre par tout moyen appropri, par exemple par vissage dans
la
pice de contact 200.
De prfrence, chaque calotte 700 est pourvue d'un orifice
central coaxial l'axe 102, conu pour autoriser le passage d'un
goujon
raccord la pice de contact 200 associe.
On notera que, selon le mode de ralisation particulier
reprsent sur la figure 8, les pices de contact 700 qui ont une gomtcie
identique ont la forme gnrale d'un tronc de cne effil vers l'extrieur
du parafoudre.
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14 ~~ ~.~_~,~
La face plane de plus grand diamètre des pièces de contact
700, qui s°étend perpendiculairement à l'axe 102, est disposêe contre
les
extrémités de l'empilement précité.
Par ailleurs, le plus grand diamètre de la pièce de contact 700
est compris entre le diamètre externe de l'enveloppe 400 et le plus grand
diamètre des ailettes 500.
Plus précisément encore, le plus grand diamètre des calottes
700 est de préférence égal à la moitié de la somme de ces deux diamètres.
Ainsi, les deux arêtes circulaires 702 formées à la jonction de
la grande base plane 704 des calottes 700 et de leur surface tronconique
706 définissent un trajet préférentiel d'amorçage d'arc en cas de défauts de
puissance supérieure à ceux pouvant être absorbés par 1!empilement de
parafoudres 100.
On va maintenant décrire plus en détail la pièce de contact
200 conforme à un mode de réalisation particulier de la présente invention
représenté sur les figures 9 et 10.
De préférence, les deux pièce de contact 200 placées
respectivement aux extrémités du parafoudre sont identiques.
Chaque pièce de contact 200 est formée d'un bloc de métal
unique présentant une symétrie générale de révolution autour d'un axe 202.
A l'utilisation, cet axe 202 eàt coaxial de l'axe 102 de
l'empilement de varistances.
Sur la figure 9, on a référencé 204 et 206 les faces principales
de la pièce de contact 200.
Ces faces principales 204 et 206 sont planes et orthogonales à
l'axe 202.
La face principale 204 repose à !'utilisation sur la face
principale externe 104 d'une varistance 100 placée à l'extrémité de
l'empilement.
La face principale 206 est dirigée vers l'extérieur du
parafoudre.
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La pièce de contact 200 comprend un cylindre 220 adjacent à
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