Qu'est-ce qu'un parafoudre à valve ?

Qu'est-ce qu'un paratonnerre à valve ?

Définition

Un paratonnerre qui comprend un ou plusieurs interstices connectés en série avec un élément de contrôle de courant est appelé un paratonnerre. L'interstice entre les électrodes bloque le flux de courant à travers le paratonnerre, sauf lorsque la tension à l'interstice dépasse la tension critique d'arc. Le paratonnerre à valve est également appelé un dérivateur de surtension à interstice ou un dérivateur de surtension au carbure de silicium avec un interstice en série.

Construction du paratonnerre à valve

Le paratonnerre à valve est construit avec un ensemble à multiples interstices d'étincelles connectés en série avec une résistance faite d'un élément non linéaire. Chaque interstice d'étincelle se compose de deux éléments. Pour remédier à la distribution non uniforme de la tension entre les interstices, des résistances non linéaires sont connectées en parallèle à chaque interstice individuel. Cette construction aide à assurer le bon fonctionnement du paratonnerre dans différentes conditions électriques, permettant de protéger efficacement les équipements électriques contre les surtensions induites par la foudre.

Les éléments de résistance sont fabriqués à partir de carbure de silicium combiné avec des liants inorganiques. L'ensemble est logé dans un boîtier en porcelaine scellé rempli de gaz azote ou de SF6. Cet environnement rempli de gaz aide à améliorer l'isolation électrique et les performances du paratonnerre.

Fonctionnement du paratonnerre à valve

Dans des conditions normales de basse tension, les résistances parallèles empêchent l'étincellement entre les interstices. Ainsi, les changements lents de la tension appliquée ne représentent pas une menace pour le système électrique. Cependant, lorsqu'il y a des changements rapides de tension aux bornes du paratonnerre, tels que ceux induits par les coups de foudre ou les surtensions, les interstices d'air dans le paratonnerre subissent un étincellement. Le courant résultant est ensuite déchargé vers le sol à travers la résistance non linéaire. Il est important de noter que la résistance non linéaire présente une résistance extrêmement faible sous ces conditions de haute tension et de fort courant, déviant efficacement le courant excessif loin des équipements électriques protégés et les préservant des dommages potentiels.

Après le passage de la surtension, la tension appliquée au paratonnerre diminue. Simultanément, la résistance du paratonnerre augmente progressivement jusqu'à ce que la tension de fonctionnement normale soit rétablie. Une fois la surtension dissipée, un petit courant à basse fréquence commence à circuler dans le chemin créé par l'étincellement précédent. Ce courant particulier est appelé courant de suivi de puissance.

L'intensité du courant de suivi de puissance diminue progressivement jusqu'à une valeur qui peut être interrompue par l'interstice d'étincelle alors que celui-ci récupère sa force diélectrique. Le courant de suivi de puissance s'éteint au premier passage par zéro de la forme d'onde du courant. Ainsi, l'alimentation électrique reste ininterrompue, et le paratonnerre est à nouveau prêt pour une opération normale. Ce processus est connu sous le nom de re-scellage du paratonnerre.

Étapes de fonctionnement du paratonnerre à valve

Lorsqu'une surtension atteint le transformateur, elle rencontre le paratonnerre, comme illustré dans la figure ci-dessous. En environ 0,25 μs, la tension atteint la valeur de rupture de l'interstice en série, déclenchant la décharge du paratonnerre. Cette action de décharge dévie le courant excessif associé à la surtension, protégeant le transformateur et autres équipements électriques connectés des dommages potentiels causés par la surtension transitoire.

À mesure que la tension de surtension augmente, la résistance de l'élément non linéaire diminue. Cette baisse de résistance permet la décharge continue de l'énergie de surtension supplémentaire. Par conséquent, la tension transmise aux équipements terminaux est limitée, comme le montre clairement la figure ci-dessous. Ce mécanisme joue un rôle crucial dans la protection des équipements terminaux contre les effets nuisibles des surtensions en contrôlant efficacement la quantité de tension qui leur parvient.

À mesure que la tension diminue, le courant qui s'écoule vers le sol diminue également, tandis que la résistance du paratonnerre augmente. Finalement, le paratonnerre atteint un stade où l'interstice d'étincelle interrompt le flux de courant, et le paratonnerre se re-scelle efficacement. Ce processus garantit que, une fois l'événement de surtension terminé, le paratonnerre retourne à son état normal non conducteur, prêt à protéger le système électrique contre les futures surtensions.

La tension maximale qui se développe aux bornes du paratonnerre et qui est transmise aux équipements terminaux est appelée la valeur de décharge du paratonnerre. Cette valeur est cruciale car elle détermine dans quelle mesure le paratonnerre peut protéger les équipements connectés contre les surtensions excessives.

Types de paratonnerres à valve

Les paratonnerres à valve peuvent être classés en plusieurs types, notamment les types station, les types ligne, les paratonnerres pour la protection des machines tournantes (types de distribution ou secondaires).

• Paratonnerre à valve de type station

• Ce type de paratonnerre est principalement utilisé pour protéger les équipements critiques d'alimentation dans des circuits allant de 2,2 kV à 400 kV et même à des niveaux de tension supérieurs. Il est caractérisé par sa capacité élevée de dissipation d'énergie. Cela lui permet de gérer de grandes quantités d'énergie de surtension, assurant la sécurité des composants essentiels de l'alimentation dans la station.

• Paratonnerre de type ligne

• Les paratonnerres de type ligne sont utilisés pour la protection des équipements de postes. Ils ont une section transversale plus petite, sont plus légers et plus économiques par rapport aux paratonnerres de type station. Cependant, ils permettent une tension de surtension plus élevée à leurs bornes par rapport aux paratonnerres de type station et ont une capacité de transport de surtension inférieure. Malgré ces différences, ils sont bien adaptés pour protéger les équipements de poste en raison de leur conception spécifique et de leur rentabilité.

• Paratonnerre de distribution

• Les paratonnerres de distribution sont généralement montés sur des poteaux et sont utilisés pour protéger les générateurs et les moteurs dans le réseau de distribution. Leur placement sur des poteaux les rend facilement accessibles pour l'installation et la maintenance tout en protégeant efficacement les machines électriques dans le système de distribution.

• Paratonnerre secondaire

• Les paratonnerres secondaires sont conçus pour protéger les appareils à basse tension. De même, les paratonnerres pour la protection des machines tournantes sont spécifiquement conçus pour protéger les générateurs et les moteurs. Ces paratonnerres jouent un rôle vital dans l'assurance du fonctionnement fiable des équipements à basse tension et des machines tournantes en prévenant les dommages causés par les surtensions.