E-1 ABB Surge Arresters — Guide de l’acheteurEdition 5, 2004-10

Caractéristiques de conception - Parafoudres à enveloppe silicone, PEXLIM

Conception Parafoudre à enveloppe silicone

1 Enroulement de protection

2 Isolant en caoutchouc de silicone

3 Base

4 Borne de ligne

5 Bride supérieure

6 Blocs ZnO

7 Boucle en fi bre de verre

8 Bride inférieure

Les parafoudres PEXLIM utilisent les mêmes blocs ZnO que les parafoudres EXLIM et leurs performances électriques sont identiques. Le silicone a été utilisé comme matériau isolant extérieur pendant plus de 30 ans avec de bons résultats et ABB l’a aussi choisi pour ses parafoudres. Il apporte les avantages supplé-mentaires d’un poids faible, de performances améliorées en matière de pollution, d’une sécurité du personnel accrue et d’une plus grande fl exibilité de montage.

Deux conceptions de baseLes parafoudres à enveloppe silicone de la famille PEXLIM sont disponibles en deux modèles :

Modèle PEXLIM moulé Modèle à tube PEXLIM haute résis-

tance (HS).

1 Plaque d’étanchéité

2 Isolant en caoutchouc de silicone

3 Tube en fi bre de verre

4 Borne de ligne

5 Entretoises

6 Blocs ZnO

7 Ressort

8 Évent de surpression

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Parafoudre à enveloppe silicone Conception

Vue en coupe d’un module PEXLIM représen-tant les dispositifs internes et la construction à cage ouverte conçue pour améliorer la résis-tance mécanique et la sécurité du personnel.

Caractéristiques des modèlesChaque parafoudre est constitué d’une ou plusieurs unités qui sont elles-mêmes composées d’un ou plusieurs modu-les. Chaque module contient une seule colonne de blocs ZnO, chacun soumis à des essais de série intensifs et individuels en production et répartis avec les entretoi-ses nécessaires comme déterminé par la conception électrique du parafoudre. Les modules sont standardisés dans différen-tes tailles basées sur des considérations électriques, mécaniques et de procédé.

ABB emploie une conception brevetée unique qui intègre les blocs ZnO de chaque module sous précompression axiale dans une cage formée de boucles renforcées de fibre de verre entre deux brides qui servent aussi d’électrodes. Une fibre d’aramide est enroulée sur les boucles, ce qui entraîne une conception à cage ouverte du module. Cela entraîne aussi une résistance mécani-que élevée et d’excellentes performances en présence de courts-circuits. Voir les illus-trations ci-dessous.

Chaque module traverse ensuite un processus de nettoyage et d’apprêt con-trôlé par ordinateur. Le module est ensuite chargé dans une presse à vulcaniser haute-ment automatisée et du silicone est injecté sous haute pression et haute température (procédé HTV) pour adhérer complètement à la partie active, ce qui ne laisse aucun espace d’air ou poches internes.

Les modules individuels sont ensuite assemblés et soumis à des essais de série avant l’emballage et l’expédition.

Pour des performances satisfaisantes, il est important que les unités soient her-métiquement étanches tout au long de la durée de vie des parafoudres. Le procédé de moulage HTV sous vide le garantit grâce à une liaison sur toute la longueur, d’une électrode à l’autre. Il n’y a pas d’air ou de gaz emprisonné entre les parties actives et l’enveloppe. C’est pourquoi des joints ou des bagues d’étanchéité ne sont pas nécessaires.

Si le parafoudre est soumis à une con-trainte électrique supérieure à sa capacité prévue, un arc interne s’établit. En raison

de la conception à cage ouverte, il brûle facilement à travers le matériel en silicone souple, ce qui permet aux gaz résultants de s’échapper rapidement et directe-ment. Simultanément, les fibres d’aramide empêchent l’expulsion explosive des composants internes. Ce type de concep-tion ne nécessite pour cela aucun évent de libération de pression spécial. Le bon comportement en court-circuit est vérifié par des essais de court-circuit conformes à CEI.

Modèle PEXLIM moulé

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Conception Parafoudre à enveloppe silicone

Dans des cas spéciaux où une très grande résistance mécanique est nécessaire, la conception moulée peut ne pas être optimale (surtout pour des tensions de système supérieures à 420 kV). Il est alors nécessaire d’associer les caractéristi-ques de l’EXLIM standard et des modè-les PEXLIM moulés. Le modèle à tube PEXLIM HS (grande résistance) corres-pond tout à fait puisqu’il offre une résis-tance mécanique comparable à celles des parafoudres EXLIM pour une masse bien inférieure. Les performances en matière de pollution et de séisme sont comparables à celles des parafoudres PEXLIM moulés et supérieures à celles des modèles en porcelaine conventionnels.

Caractéristiques des modèlesLe concept de base est un remplacement de l’enveloppe en porcelaine utilisée pour les parafoudres EXLIM par un tube en fibre de verre sur lequel les ailettes en silicone sont vulcanisées. Les brides en métal sont intégrées sur le tube avant la vulcanisation. Les dispositifs internes et les dispositifs de limitation de la pression sont similaires à ceux des parafoudres EXLIM.

Pour des performances satisfaisan-tes, il est important que les unités soient hermétiquement étanches tout au long de la durée de vie des parafoudres. Le dispositif d’étanchéité à chaque extrémité de chaque unité, représenté sur la figure ci-dessous, est constitué d’une plaque d’acier inoxydable précontrainte et d’un joint en caoutchouc. Cette plaque exerce une pression continue sur le joint contre la surface interne du tube et garantit une étanchéité efficace, même si le joint durcit par vieillissement. Elle sert également à fixer la colonne des blocs dans le sens longitudinal au moyen de rondelles élasti-ques robustes.

Pour que l’intérieur soit exempt d’humi-dité, l’unité est vidée après le montage de la plaque d’étanchéité et des joints puis remplie d’air sec à faible point de rosée. De plus, un petit sac dessiccateur est mis dans

Modèle à tube PEXLIM haute résistance (HS)chaque unité au cours de l’assembalge. L’étanchéité de chaque unité est testée après production lors d’essais de série.

La plaque d’étanchéité est conçue pour servir également de système de limita-tion de la surpression. Si le parafoudre est soumis à une contrainte électrique supérieure à sa capacité prévue, un arc interne s’établit. Les gaz ionisés provo-quent une augmentation rapide de la pression interne, qui à son tour entraîne l’ouverture de la plaque d’étanchéité et la sortie des gaz ionisés à travers les évents de surpression. Comme les évents aux deux extrémités sont dirigés l’un vers l’autre, cela entraîne un arc externe, ce qui diminue la pression interne et empê-che une rupture violente de l’isolateur. Le fonctionnement du dispositif de limitation de la pression est testé au cours de tests de court-circuit conformes à CEI.

Vue en coupe d’une unité PEXLIM HS typique représentant les dispositifs internes.

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Parafoudre à enveloppe silicone Conception

Le silicone comme isolateurTous les parafoudres PEXLIM utilisent du silicone pour l’isolation externe. Le caout-chouc de silicone est très hydrophobe et résistant aux rayonnements UV et s’est avéré être le meilleur isolant (par rapport à la porcelaine et à d’autres polymères) selon des laboratoires indépendants et des essais sur site dans le monde entier. ABB utilise des agents de charge spé-ciaux pour améliorer ces propriétés ainsi que pour leur donner une résistance élevée à la pollution, une résistance au cheminement et des caractéristiques d’autoextinguibilité. L’enveloppe en silicone est disponible en gris seulement. Pour des informations supplémentaires, veuillez vous reporter á la publication PTHVP/A 2120en.

Résistance mécaniqueLes normes actuelles manquent de défi-nitions et de tests appropriés en ce qui concerne la résistance mécanique des matériaux polymères composites. Une « limite de dommage » a toutefois été définie dans CEI60099-4 comme la valeur la plus basse de la force perpendiculaire à l’axe longitudinal entraînant une défaillance mécanique. De son côté, l’« effort dyna-mique maximal admissible en service » (MPDSL) est la plus grande force dynami-que pouvant être appliquée en cours de fonctionnement sans causer de dommage mécanique au parafoudre.

Les modèles PEXLIM présentent une très grande résistance aux charges de compression et de traction ; la charge en porte-à-faux est celle qui est intéres-sante. Pour être applicable aux différen-tes longueurs de parafoudres, la charge est indiquée dans ce guide en termes de moment de flexion. De plus, comme les parafoudres PEXLIM à unités multiples standard sont constitués d’unités de résistance égale, le moment de flexion à la base du parafoudre est la seule valeur intéressante.

En raison de leur construction flexible, les parafoudres PEXLIM peuvent présen-ter une inclinaison visible du côté ligne sous une charge maximale. Une telle inclinaison est limitée par notre valeur

déclarée pour l’effort statique admissi-ble en service (DPSSL) indiquée dans le Tableau 4. La charge continue maximale recommandée garantit que les fonction-nements mécanique et/ou électrique du parafoudre ne seront pas détériorés de quelque façon que ce soit, même au cours d’une charge cyclique à long terme. Cette valeur est comparable à l’effort statique admissible en service pour les parafoudres en porcelaine (PSSL).

Si le moment de flexion admissible d’un certain parafoudre semble insuffisant pour une charge donnée, utilisez une des méthodes suivantes pour réduire la charge.

• À la différence des autres équipements de la sous-station qui doivent résister à d’importants courants (d’où la taille des bornes et des conducteurs), le courant permanent à travers un parafoudre est de l’ordre de quelques mA seulement. Il faut donc utiliser un câble de raccor-dement d’assez faible section qui va réduire considérablement la résistance mécanique nécessaire.

• Utilisez un autre type de montage (suspension, inversé, etc). Comme les parafoudres PEXLIM sont très légers comparés aux parafoudres à enveloppe porcelaine équivalents, ils peuvent être montés dans des positions inhabi-tuelles. ce qui peut réduire davantage le moment de flexion, surtout dans le cas du modèle moulé PEXLIM. Voir la publication PTHVP/A 2120en. Cela permet aussi de bénéficier de structures plus légères aux coûts réduits, et même d’éliminer complètement le besoin d’une structure séparée.

Des parafoudres longs montés sur support ou charpente et de résistance mécanique supérieure à celles indiquées sont disponibles sur demande.

La borne de ligne et la base isolante (si fournie) correspondent ou dépassent la résistance de l’enveloppe du parafoudre.

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Conception Parafoudre à enveloppe silicone

Installation, maintenance et surveillanceLes parafoudres PEXLIM standard sont destinés à un montage vertical sur une structure et n’exigent pas de support. Les parafoudres PEXLIM spéciaux pour la suspension, le montage inversé ou tout autre angle de montage sont disponibles sur demande.

Il existe deux gammes standard de modèles moulés de parafoudres PEXLIM pour les types de montages suivants :

• Montage vertical, monté sur une struc-ture ou suspendu par la borne de ligne d’un conducteur. De tels parafoudres peuvent aussi être utilisés pour un montage à angle « positif » (au-dessus de l’horizontale).

• Montage verticale inversé pour mon-tage sous une structure, par ex. un portique. De tels parafoudres peuvent aussi être utilisés pour un montage à angle « négatif » (au-dessous de l’hori-zontale).

Tous les parafoudres PEXLIM sont faci-les à installer en suivant les instructions livrées avec chaque parafoudre. L’instal-lation ne nécessite aucun outil ou instru-ment spécial.

Les unités des parafoudres à plusieurs unités doivent être connectées en série sur site dans un ordre prédéterminé indiqué sur les unités et expliqué dans les instructions livrées avec chaque colis. Un montage incorrect peut causer des défaillances et invalider notre garantie.

La conception des parafoudres longs nécessite souvent des anneaux de garde externes afin de maintenir une contrainte de tension uniforme et acceptable sur toute leur longueur. De tels anneaux sont livrés avec les parafoudres. L’installation ou le fonctionnement de tels parafoudres sans ces anneaux de garde peuvent causer des défaillances et invalider notre garantie.

Les parafoudres correctement choisis et installés ne nécessitent pratiquement aucun entretien pendant toute leur durée de vie et aucune surveillance. Toutefois, si une telle surveillance est exigée, elle peut facilement être effectuée en ligne en utilisant EXCOUNT-II et ses fonctions intégrées pour une mesure correcte du courant de fuite résistif. Vous trouverez davantage d’information dans le chapitre traitant de ce compteur.