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Parafoudre.
Cette invention se rapporte à un nouveau type de parafoudre utilisant un nouveau principe qui n'a jamais été appliqué auparavant dans ces dispositifs, à savoir le prin- cipe des décharges circonscrites dans des espaces confines de dimensions si faibles que les parois de ces espaces exercent une action de désionisation énergique sur un arc qui les tra- verse, ce qui a pour effet de nécessiter pour maintenir l'are un gradient de potentiel de l'ordre de mille volts par cen- timètre de longueur d'areo On exposera d'abord brièvement la théorie sur la-
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quelle, est basée l'invention, à l'aide des courbes re- présentées sur les figs. 1 à 7 des dessins annexés.
La fig.l représente la caractéristique volt-ampè- re d'un arc à l'air libre, qui, comme cest représenté par la courbe en trait plein, est une caractéristique descen- date, le voltage tombant à mesure que l'intensité de cou- rant augmente. Si l'arc est circonscrit à un petit trou ou pore, et si le courant est assez intense pour être li- mité par ce trou, il se produit un accroissement de volta= ge en même temps qu'une augmentation d'intensité, ce qui donne lieu aux caractéristiques représentées par les cour- bes en pointillé b et c dirigées vers le haut, la derniè- re courbe se rapportant du pore le plus fin.
Un trou étroit-de plusieurs centimètres de longueur, dans une matière isolante, possède un gradient de potentiel de disrupture de l'ordre de 20.000 volts, ou davantage, par centimètre de longueur, suivant les dimensions du pore et la nature de la matière. Le gradient de potentiel de disrup- ture de trous ou de pores de faible longueur est encore plus élevé. Pour des trous de 0,25 centimètres par exemple de diamètre et davantage, le voltage d'arc minimum, qui est le voltage minimum de la caractéristique volt-ampère, est inférieur à 400 volts par centimètre.
Par conséquent, si les courbes correspondant à celles représentées sur la fig.l sont prolongées vers la gauche, elles rencontrent l'ordon- née des voltages en un point cinquante fois ou davantage plus élevé que les points de voltage minimum, comme c'est indiqué sur la fig. 2.
Sur la fig. 2, si l'on augmente le voltage appliqué à un trou jusque ce qu'on ait atteint le potentiel de dis- rupture, et qu'on le maintient alors à cette valeur, le cou-
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rant qui passe par le trou est déterminé par l'intersection d'une ligne horizontale à l'ordonnée du potentiel de dis- rupture B D avec la courbe b ou c correspondant au trou, comme c'est indiqué en xb ou c sur la fig. 2. Lorsqu'on réduit le voltage, le courant diminue, en suivant les cour- bes b ou c, comme c'est indiqué par les flèches sur la fig.2, jusqu'à ce que le potentiel minimum d'entretien de l'arc ou voltage d'extinction COb ou COc soit atteint.
Si l'on réduit encore le voltage, le courant tombe approximativement à zéro, on à l'intensité du courant de fuite traversant la matière poreuse. Le voltage auquel ceci se produit est le voltage d'extinction.
On remarquera que la courbe c pour le plus petit trou possède le même potentiel ou voltage de disrupture B D que la courbe b, mais que le voltage d'extinction est plus élevé pour le trou le plus étroit.
Il est naturellement désirable, pour un parafou- dre, que le voltage d'extinction soit aussi proche que pos- sible du voltage de disrupture. Ceci s'obtient par l'emploi de trous extrêmement fins. Toutefois, lorsque ce résultat est obtenu, le courant passant par un seul trou est réduit à une très faible valeur, à peine quelques milliampères. Il est nécessaire alors d'employer un très grand nombre de ces fins trous en parallèle et on y arrive au mieux en utilisant une matière présentant des pores très fins.
Si tous les pores de la matière poreuse ont le même voltage de disrupture et s'ils présentent tous la même sec- tion transversale, de façon à avoir le même voltage d'extinc- tion, on obtient une caractéristique semblable aux courbes
B ou C,représentées sur la fig. 3. Au début de la décharge pomme c'est représenté par la partie horizontale supérieure C
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de la fig. 7 la disrupture se produit dans un nombre suffi- sant de pores pour laisser passer le courant nécessaire à l'écoulement de la charge de la foudre et amorcer la baisse du voltage, comme c'est indiqué en D'il'.Lorsque le voltage a baissé, le courant diminue, dans tous les pores conjointe- ment, jusqu'à ce que la partie horizontale inférieure B' et C' de la courbe soit atteinte, puis la décharge cesse dans tous les pores en même temps.
Comme précédemment, la courbe C des pores fins présente un voltage d'extinction plus élevé C'.
Si les pores n'ont pas tous le même diamètre, ils ne cessent pas tous en même temps de laisser passer le cou- rant, lorsque le voltage de la décharge abaissé. La branche inférieure de la caractéristique volt-ampère s'écarte de l'ho- rizontale et peut présenter le même aspect que la courbe représentée sur la Fig. 4.
De même, si tous les pores n'ont pas le même volta- ge de disrupture, la branche supérieure de la caractéristi- que ne reste pas horizontale, mais s'incline vers le haut, comme c'est représenté sur la fig. 5. L'inégalité du voltage de disrupture des pores peut provenir de la déformation des pores à des degrés divers, et peut être d'autres causes en- core.
Si l'on utilise une matière poreuse non modifiée, il n'est pas recommandable de rapprocher le voltage de dis- rupture du voltage d'extinction suffisamment pour obtenir le rendement le plus élevé comme parafoudre ou dispositif protecteur destiné à décharger des accroissements de volta- ge excessifs.
Toutefois, on a trouvé que si l'on ajoute une ma- tière conductrice finement divisée à la ratière poreuse, on
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peut abaisser le voltage de disrupture sans changer beaucoup les autres parties des caractéristiques volt-ampères.
La fig. 6 montre cet effet sur la décharge dans un trou unique. Le voltage de disrupture, sans matière conduc- trice, est indiqué en e; avec une faible quantité de matière conductrice, il est représenté en f et avec une quantité plus grande de matière conductrice en g. Pour un trou uni- que, la caractéristique volt-ampère qu'on obtient en éle- vant le voltage jusqu'à la valeur de disrupture et en le maintenant à ce point pour l'abaisser ensuite, est représen- tée sur la Figo 6 par les traits pointillés et les flèches.
L'effet de l'addition de matière conductrice sur les caractéristiques des décharges dans un grand nombre de trous ou pores, est représenté sur la fige 7. La partie cor- respondant à l'extinction ou branche inférieure de la cour- be de la fige 7 n'est pas modifiée par l'addition de matière conductrice, mais la branche supérieure de la courbe carac- téristique est descendue en passant de la courbe E correspon- dant à une quantité réduite ou négligeable de matière con- ductrice à la courbe F correspondant à une quantité insuf- fisante de matière conductrice, et finalement à la courbe G correspondant à une quantité suffisante de matière conductri- ce.
La matière conductrice réduit le voltage de disrupture et rend sensiblement égaux le voltage d'extinction et le voltage dé disruptureo
La présente invention met à profit les théories et résultats d'expériences exposés ci-dessus, pour obtenir des parafoudres d'un type nouveau, présentant une caractéristi- que volt-ampère plus avantageuse et possédant des dimensions plus faibles que les parafoudres antérieurs- Suivant cette invention, le corps du parafoudre comprend une matière po-
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reuse de résistance électrique suffisante pour que la décharge électrique à travers le corps traverse principalement les pores,
des particules de résistance plus faible étant ré- parties dans la matière poreuse en quantité suffisante pour diminuer le rapport du voltage de disrupture au voltage d'ex- tinction suivant les caractéristiques de fonctionnement désirées du parafoudre.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire maintenant, à titre d'exemple, en se référant aux autres figures des dessins annexés, une forme d'exécution préférée du parafoudre. Dans ces dessins: Fig. 8 est une vue en perspective d'une òrme préfé- rée de bloc poreux établi suivant l'invention.
Fig. 9 est une vue en perspective d'une casette en graphite employé dans le procédé de fabrication de la forme préférée de parafoudre à bloc poreux.
Fig. 10 est une vue en coupe longitudinale d'un parafoudre complet comportant le bloc poreux représenté sur la Fig. 8.
Fig. 11 est la reproduction d'un oscillogramme à rayon cathodique, montrant les caractéristiques volt-ampère de la forme préférée de parafoudre.
Fig. 12 est une diagramme montrant certaines re- lations de poids et volume entre l'élément poreux et l'élé- ment à faible résistance du corps du parafoudre.
Figs. 13 à 15 sont des courbes typiques volt-am- père, montrant les caractéristiques des trois échelles de proportions des éléments qui sont représentés sur la Fig. 12:
La matière du bloc représenté sur la Fig. 8 est composée d'une substance bonne conductrice et d'une substan- .ce mauvaise conductrice. Cette dernière est une substance
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qui ne se clive pas après moulage et ne possède pas d'eau de cristallisation, comme l'argile déjà utilisée pour des résistances moulées; de même les pores ne doivent pas être trop fins, ainsi qu'il est indiqué ci-dessous.
Les deux matières préférées sont le "grog" et le carborundumqui sont traités ultérieurement au carbone, ain- si qu'il va être décrit., Le grog est l'équivalent d'un corps destiné à produire la porosité entre les particules de carbo- rundum conductrices et sert en même temps de liant isolant.
Le carborundum est l'équivalent de toutes particules conduc- trices susceptibles d'être cimentées dans le corps de la ma- tière sans nuire à la résistance mécanique ou à la durée.
Par "grog" on entend de l'argile calcinée qu'on ob- tient de préférence en chauffant du kaolin jusqu'au cône
8 ou 9, ou à 1300 C environ, dans un four. Ce chauffage a pour effet d'enlever l'eau, ce qui provoque la contraction inévitable dans cette première phase de la fabrication.
L'argile calcinée est une substance poreuse blanche qui renferme des traces vitrifiées et comportent d'autres par- ticules dont les dimensions vont en diminuant jusqu'à une poussière impalpable. Toutefois, pratiquement toutes ces particules sont beaucoup plus grosses que les particules ori- ginales de l'argile. Toutes les particules palpables du grog sont très poreuses, et absorbent facilement les liquides.
Il est préférable d'employer comme matières premiè- res des argiles ayant une quantité minimum d'impuretés con- ductrices, car il est plus facile d'ajouter de la matière conductrice., dans les proportions voulues, que de rencontrer les proportions convenables à l'état naturel ou de retirer un excès de matières conductrices. De même, les propriétés des diverses matières, particulièrement les dimensions des -:il
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particules constituantes, jouent un rôle important dans le bon fonctionnement du parafoudre. En utilisant le grog, on peut obtenir les dimensions voulues des particules non conductrices et les régler par un broyage subséquent.
Dans le même but,le grog est tenuà l'abri aussi longtemps que possible pendant la fabrication du parafoudre à bloc poreux, afin d'empê¯cher sa contamination par la suie ou autres impuretés conductrices de l'air.
Bien que le grog ou argile calcinée soit préférable, il ne s'ensuit pas que cette matière soit la seule qui donne le résultat voulu. En général, toute matière réfractaire isolante granulaire dont les particules présentent les dimen- sions voulues peut être employée. Ainsi, il est possible que des particules de silicate de zirconium ou autre matière isolante réfractaire puissent être employées avec un faible pourcentage d'argile ordinaire ou autre liant et du carbo- rundum, ou autre matière conductrice.
Le grog ainsi obtenu est alors amené dans un broyeur qui est rendu particulièrement nécessaire par les grosses masses dures dans le grog. Cette opération réduit la matière en une poudre ayant des particules de dimensions assorties passant à travers un écran d'environ 20 mailles, ou un é- cran'ayant 20 mailles par centimètre de longueur.
La matière est alors passée dans un broyeur à bou- lets qui produit des particules de dimensions beaucoup plus uniformes que le premier broyeur. Ici le grog est 'réduit en particules de dimensions plus petites, dont ci-dessous un exemple.
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grog (argile calcinée) pourcentage en poids
EMI9.1
<tb> Entre <SEP> 40 <SEP> et <SEP> 55 <SEP> mailles <SEP> 20%
<tb>
<tb> " <SEP> 55 <SEP> " <SEP> 80 <SEP> " <SEP> 40%
<tb>
<tb> " <SEP> 80 <SEP> n <SEP> 110 <SEP> " <SEP> 20%
<tb>
<tb> 110 <SEP> mailles <SEP> et <SEP> plus <SEP> 20%
<tb>
Le carborundum employé est un produit commercial qui est vendu dans le commerce comme carborundum à 100 mail- les., mais qui s'établit approximativement comme suit:
EMI9.2
<tb> pourcentage <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> entre <SEP> 40 <SEP> et <SEP> 50 <SEP> mailles <SEP> 9%
<tb>
<tb>
<tb> " <SEP> 50 <SEP> 55 <SEP> " <SEP> 52%
<tb>
<tb>
<tb> " <SEP> 55 <SEP> " <SEP> 80 <SEP> " <SEP> 38%
<tb>
<tb>
<tb> au <SEP> delà <SEP> de <SEP> 80 <SEP> " <SEP> 1%
<tb>
On mélange alors très intimement, à sec, 75% en poids de grog avec 25% en poids de carborundum.
On ajoute alors de l'eau, dont on emploie le moins possible ou très peu plus que la quantité minimum nécessaire pour humecter la totalité des particules et permettre de " remuer le mélange. La matière plastique obtenue est alors séchée jusqu'à ce qu'elle soit suffisamment sèche pour pou- voir passer dans un granulateur ayant un tamis de 5 à 8 mailles, sans adhérer au granulateur. La matière granulée à moitié sèche est ensuite regranulée soit à travers le même tamis soit à travers un,tamis plus fin, de 12 mailles par exem- ple, et est de nouveau étalée pour sécher.
Lorsqu'elle est sè- che au point que sa teneur en eau soit d'environ 6% en poids, la matière est placée dans des récipients étanches à l'air pour empêcher toute dessication subséquente et elle est alors prête à être moulée, ce qu'on fait aussitôt que possible.
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Le but de la granulation est de produire une ma- tière que peut être versée aisément et peut se répandre dans tous les angles du moule, de manière à donner un produit uniformément moulé.
Il est à remarquer que le grog et le carborundum pulvérisés sont d'abord mélangés intimement à sec et ensui- te mélangés à l'état humide. L'effet du mélange à sec est de provoquer l'enrobage des particules les plus grosses, tant de carborundum que de grog, par des particules plus petites des mêmes matières ou d'autres matières, de manière à former des aggrégats ou des particules enrobées plus gran- des que les particules existant avant le mélange. De cette façon les particules les plus petites, ou les poussières impalpables sont, en réalité, éliminées en grande partie du mélange du fait que ces particules de poussière se fixent à la surface des particules plus grosses. Lorsque la matière est ensuite moulée, les vides entre les grosses particules ne sont donc pas complètement remplis par les petites parti:- cules.
On comprendra dés lors pourquoi la quantité d'eau qu'on ajoute juste avant de procéder au mélange par voie humide ne doit pas être excessive, car un excès d'eau sépa- rerait probablement par lavage ces petites particules-des particules plus grosses,-en les amenant à remplir les espa- ces plus larges, ce qui aurait pour résultat de rendre les po- res de la matière poreuse résultante tellement fins que la caractéristique volt-ampère deviendrait désavantageusement élevée et que la durée de même que la capacité du parafou- dre seraient menacées. Toutefois, une quantité d'eau un peu supérieure à la quantité strictement nécessaire pour humi- difier les particules et rendre le mélange plastique est dési-
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rable, car elle parait assurer plus de résistance au produit moulé fini.
Le mélange de grog et de carborundum peut être com- primé sous forme de disque 19, dans un moule approprié (non représenté), à une pression voulue quelconque. On emploie une pression d'environ 1000 kgo par centimètre carré.
On enlève alors les disques des moules et on les laisse sécher à la température ordinaire pendant un jour avant de les soumettre à la cuisson. Si les disques sont trop humides lorsqu'on les met au four, le parafoudre obte- nu aura une caractéristique de voltage légèrement plus faible, avec extinction moins nettement définie, se rapprochant de celle de la figo 13. Par contre, si les disques sont trop secs lorsqu'on les charge dans le four, ils offriront peu de résistance mécanique et auront une courte durée.
Il est préférable de soumettre les disques 19 à la cuisson., à l'intérieur d'une casette fermée en carbone ou en graphite 20 (Figo9), dans un four à peu près clos, dont la partie la plus chaude présente une température qui, suivant la pratique actuelle, est maintenu aussi près que possible de 13600C. bien que d'autres températures, entre 8000 et 1400 C notamment, puissent convenir. Si l'on emploie une température beaucoup plus basse que 1360 C, la fusion des par- ticules de grog n'est en général pas suffisamment complète pour assurer la résistance mécanique nécessaire, tandis que si l'on admet des températures supérieures à 1350 C, le re- trait des disques parait augmenter, entraînant à la fois une diminution de l'efficacité et une réduction de la durée du parafoudre.
Evidemment, si l'on emploie des mélanges plus réfractaires que le mélange au grog préféré ci-dessus dé- crît, il eut être possible et même désirable d'employer des
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températures beaucoup plus élevées que 1800 C.
On fait avancer les casettes lentement dans la par- tie la plus chaude du four et on les en retire lentement aussi l'opération complète nécessitant environ 13 heures.
Cette cuisson des disques dans des casettes en graphite à pour effet de recouvrir les particules de la ma- tière, et la totalité de la surface de tous les pores, de vapeurs de carbone condensées, ou, en termes plus généraux, de la recouvrir de vapeurs condensées d'une matière conduc- trice quelconque, les particules revêtues étant petites en comparaison des dimensions des pores. Lorsque les dis- ques à l'intérieur des casettes se trouvent dans la partie la plus chaude du four, une très faible partie de la matiè- re de la casette, ou autre matière carbonée, est suppose- t-on vaporisée et les disques restent dans le four assez longtemps pour que le carbone ou les vapeurs carbonées pénè- trent dans tous. leurs pores.
Lorsque les casettes qui con- tiennent les disques sont amenées à des parties plus froi- des du four, à la fin de la cuisson, les vapeurs de carbone emprisonnées à l'intérieur des disques se solidifient, en re- couvrant ainsi toute la surface des pores, comme c'est décrit ci-dessus.
On peut aussi effectuer l'imprégnation au carbo- ne en soumettant ces disques à la cuisson dans une atmosphè- re de gaz naturel ou d'hydroearbures, tels que ceux dérivés des huiles, etc. Les disques paraissent dissocier les molé= cules du gaz, permettant àu carbone de se déposer sur les parois des pores.
Les disques entrent blancs dans le four et en sor- tant noirs, et ils présentent cette couleur noire dans tou-
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tes les parties de leur masse quel que soit le degré de fines- se auquel on les broie ultérieurement pour les examiner.
La quantité de carbone absorbée dans les casettes est très minime.
Après la cuisson, les surfaces de contact parallè- les des disques sont de préférence garnies,d'un revêtement de cuivre 21 (Fig.8) par projection suivant le procédé Schoop, en laissant environ 3 millimètres de surface non recouverte à la périphérie pour éviter tout risque que du cuivre vienne sur les surfaces latérales., Ce revêtement de 'cuivre est employé pour réduire la résistance au contact et prolonge probablement la durée des disques.
Pour empêcher l'étincelle superficielle, les sur- faces latérales des disques sont de préférence revêtues d'un ciment isolant, tel qu'un mélange d'alcool, de laque et de pigment. Un ciment très satisfaisant dans ce but présen- te la composition suivantes
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<tb> laque <SEP> grenat <SEP> 1.4 <SEP> Kg.
<tb>
<tb> gomme <SEP> copal <SEP> 0.35 <SEP> Kg.
<tb>
<tb> huile <SEP> de <SEP> ricin <SEP> 0.11 <SEP> Kg.
<tb>
<tb> oxyde <SEP> de <SEP> fer <SEP> (rouge <SEP> vénitien) <SEP> 2.3 <SEP> Kg.
<tb>
<tb> alcool <SEP> 3 <SEP> litres
<tb>
Un mélange de grog et de carborundum présente des ca- ractéristiques très avantageuses.
Après avoir été moulé et soumis , à la cuisson, le mélange peut avoir une très longue durée, même lorsqu'il subit des décharges répétées° et il est capable de supporter une décharge de plusieurs centaines d'ampères sans se briser ou être détruite Grâce a ce qu'on emploie du grog, le champ d'application du parafoudre à bloc poreux n'est pas limité aux courants faibles.
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La calcination n'altère pas sensiblement les propriétés liantes du kaolin si le grog résultant est employé conjointement avec les quantités convenables de ma- tière conductrice et d'eau comme c'est décrit ci-dessus.
Bien qu'il soit préférable d'employer le carborun- dum comme matière conductrice, on peut le remplacer par d'au- très matières ayant des propriétés semblables. La laiton, le plomb, le cuivre, le nickel, le graphite, le fer, l'alu- . minium et les alliages tels que le ferro-silicium, le ferro- manganèse, le ferro-chrome et le ferro-tungstène, donnent de bons résultats, et une description de la préparation et de l'emploi de certain de ces corps est donné ci-après comme constituant l'une des formes d'exécution de l'invention'. Plu- sieurs de ces métaux nécessitent l'emploi de température de cuisson très inférieure à 1360 C.
Il est possible aussi que d'autres matières encore, tels que les oxydes et sulfures métalliques conducteurs puissent être aptes à jouer le rôle de particules conductrices.
Il faut une plus grande quantité de matières con- ductrices pour les parafoudres poreux à larges pores que pour les matières à pores plus fins, car le gradient de potentiel nécessaire pour maintenir un arc dans un large pore est beaucoup plus faible que pour un fin pore, de sorte qu'on doit utiliser plus de matière conductrice dans le cas de larges pores pour abaisser le voltage de disrupture au voisinage du voltage d'extinction. Une trop grande quanti- té de matière conductrice augmente nécessairement les per- tes par fuites, qui sont mesurées en mille ampères, ou frac- tions d'ampère, et si la quantité de matière conductri- ce augmente de plus en plus jusqu'à devenir excessive, elle arrive à court-circuiter les trajets des arcs à travers les
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pores;
, car la chute de voltage dans les trajets conducteurs devient plus faible que la chute de voltage minimum néces- saire pour maintenir les arcs dans les fins pores.
La fige 10 montre une forme d'exécution de l'in- vention dans un parafoudre fini comportant un bloc ou dis- que poreux 19,semblable à celui représenté sur la Fig. 8 et fabriqué par le procédé qui vient d'être décrit. Ce dis- que ou élément de parafoudre 19 est assemblé entre une pla- que inférieure 23, à laquelle est raccordé un conducteur de terre 24, et une plaque supérieure 25 qui est reliée par un fil supérieur 26 à une ligne de transmission 27 qu'il s'agit de protéger contre la foudre.
Entre le conducteur supérieur 26 et la plaque supé- rieure 25 du parafoudre à bloc poreux représenté sur la fig. 10 est monté en série un éclateur 28, dans le but de maintenir normalement le voltage de la ligne isolé du pa- rafoudre. Si le courant de fuite est suffisamment faible on peut supprimer l'éclateur en série. D'autre part, si le parafoudre comporte un éclateur en série de construction convenable 28, comme c'est représenté, capable d'interrom- pre les courants de fuite qui autrement s'écouleraient par suite du voltage de la ligne, lorsqu'une décharge quelcon- que a pris fin, la valeur de ces courants de fuite est plus ou moins négligeable aussi longtemps que la fuite ne dépas - se pas notablement 10 ampères.
Un ressort 29 est employé pour presser élastique- ment l'éclateur 28 sur le dessus du parafoudre et maintenir les pièces en place. Le tout est enfermé dans une enveloppe convenable en porcelaine 30.
La caractéristique de décharge volt-ampère du pa- rafoudre à bloc poreux est représentée sur la Fig. 11 tel- le qu'elle a été déterminée au moyen d'un oscillographe à
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rayon cathodique. La valeur de crête du voltage maximum à courant alternatif auquel la ligne de transmission ou de distribution peut fonctionner est indiquée par la li- gne horizontale en pointillés 41.
Lorsqu'une surtension se produit sur la ligne, le voltage s'élève au-dessus de la valeur maximum ou de crête 41 du voltage de ligne, et en un point 43 les premiers pores du parafoudre sont dis- ruptés. Ensuite, d'autres pores sont disruptés en succes- sion rapide à mesure que le voltage de la surtension aug- mente de la valeur indiquée par 43 à un voltage maximum Emax indiqué en 44, qui n'est qu'un peu plus élevé que le voltage de disrupture indiqué en 43. Ceci est le voltage ma- ximum admis par le parafoudre pour dissiper la surtension et le courant qui doit passer par le parafoudre pendant les quelques micro-secondes de la décharge peut être de 500 à 1000 ampères, ou même 5000 ampères dans les parafoudres à haut voltage.
Lorsque la valeur maximum de l'intensité du courant a été atteinte, le voltage commence à tomber et on remarquera que la surtension représentée sur la Fig. 11 commence presque immédiatement à revenir sur la par- tie de la courbe inclinée vers le bas, qui s'étend du point 45, près du point d'intensité maximum, au point 46 près de l'axe des ordonnées, établissant ainsi le voltage d'extinction Eco qui est le degré normal de voltage de crê- te du parafoudre, ou 1,4 fois la racine du carré moyen du degré de voltage du parafoudre et n'est qu'un peu plus grand que le voltage de crête 41 de la ligne. Pendant une partie ou la totalité de la période 45 à 46, les pores du para- foudre cessent successivement de laisser passer les déchar- ges, car les voltages minima de maintien de l'arc pour les différents Dores sont passés.
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Lorsqu'on emploie un éclateur en série, comme c'est indiqué en 28 sur la Figo 10, celui-ci a pour effet de faire passer tout le voltage de disrupture par une valeur momen- tanée 47,comme c'est indiqué sur la Fig.ll, qui est un peu plus élevée que le voltage de disrupture de l'éclateur.
Aussitôt que l'éclateur 28 a été percé, le voltage tombe instantanément jusqu'à ce que la décharge soit absorbée par le parafoudre à bloc poreux, comme c'est indiqué par les pointillés sur la figollo Ceci est dû au fait que l'éclateur en série ne possède aucun effet de valve, étant donné que le voltage appliqué à l'éclateur tombe immédia- tement d'une valeur égale à plusieur kilovolts à environ 20 ou 30 volts, pendant la décharge, tandis que le bloc du parafoudre possède toujours lui-même un voltage de dé- charge plus élevé que le voltage de la ligne, agissant ain- si comme une force contre-électromotrice donnant au para- foudre son effet de valve.
Les figs. 8 et 10 montrent un disque poreux 19, dont les dimensions réelles sont d'environ 5 centimètres de diamètre et environ 2,5 centimètres d'épaisseur, et qui est suffisant pour protéger une ligne à courant alternatif dont la racine du carré moyen du voltage ligne-terre est de 3000 volts.
Le voltage de disrupture, indiqué en 43 sur la Fig.11 est, en général., inférieur au triple, et de préférence égal à peu près au double du voltage d'extinction Eco.Le volta- ge maximum Emax admis par le parafoudre n'est, en général, pas beaucoup plus élevé que le voltage de disrupture 43 et un peu moins élevé que deux fois et demi le voltage d'ex- tinction Eco et en aucun cas il ne peut dépasser le quadru- ple de cette valeur.Lorsqu-on emploie l'éclateur en série,
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le voltage maximum à celui-ci ne doit pas dépasser le quadruple du voltage d'extinction Eco et il a habituel- lement environ deux à trois fois cette valeur, pour permet- tre les variation de fonctionnement de l'éclateur.
Le voltage d'extinction Eco n'est en général pas une valeur bien clairement définie. Sans éclateur en sé- rie, le courant qui passe par le parafoudre ne tombe pas à zéro en Eco, mais tombe à une valeur de 1 à 10 ampères par exemple, ou même, dans certains cas, jusqu'à 1 milliampère, ce qui représente le courant de fuite circulant dans le parafoudre à ce'voltage. En général, on peut dire que le voltage d'extinction est le voltage auquel à peu près tous les pores cessent de laisser passer les décharges sous for- me d'arcs remplissant la totalité du volume des pores.
Le voltage de la ligne présente une valeur de crê- te 41, qui est nécessairement inférieure d'une fraction d'au moins un pour cent au voltage d'extinction, mais est habituellement d'environ 5% ou 10% inférieure à ce volta- ge. En général, on peut dire que la valeur de crête de la ligne est de plus de 70% du voltage d'extinction, c'est-à- dire que la racine du carré moyen du voltage ligne-terre, doit être supérieure à une fois et demi le voltage d'extinc- tion.
En général, la résistivité spécifique désirable ou admissible de la matière du bloc poreux du parafoudre dé- pend de la finesse des pores. Néanmoins, la résistance de la matière du parafoudre poreux est toujours si élevée qu'elle est de l'ordre de celle d'un isolateur qui laisse passer une fuite, étant donné qu'elle peut être mesurée en unités de l'ordre de 103 à 106 ohms, ou même beaucoup plus, par centimètre cube, contre environ 102 ohms pour
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le disque parafoudre "autovalve". Westinghouse bien connu, actuellement dans le commerce, 10-3 ohms pour le charbon et 10-6 pour le cuivre.
Les résistivités spécifiques mentionnées ici sont celles offertes à des courants conductifs ou des courants de fuite, mesurés au moyen de voltage de courant continu à un gradient de 400 volts par centimètre., et non la ré- sistivité équivalent R = E/I à la décharge.
Les valeurs qui précèdent ne sont pas absolues et nettement établies, car de bons résultats peuvent aussi être obtenus par des valeurs décuples ou même centuples de 1 l'une des valeurs mentionnéeso
La hauteur du parafoudre à bloc poreux, ou sa lon- gueur entre les contacts de la matière poreuse à haute ré- sistance est telle que la valeur de la racine du carré du moyen du voltage ligne-terre maximum ou/voltage ligne-terre effectif du système à protéger peut être de l'ordre de 800 à 1200 volts par centimètre de hauteur du parafoudre, bien que l'invention soit indubitablement d'application générale)et susceptible de s'étendre à des parafoudres ayant un gradient de voltage plus élevé.
Le diamètre moyen des pores de la matière poreuse préférée, indiqué par la vitesse d'un liquide de viscosité co@ue qui les traverse sous une hauteur de charge déterminée, est compris entre 0,0125 mm et 0,00025 mm, de préférence entre 0,0125 mm et 0,00125 mm, ou dans le voisinage de 0,0025 mm.
Le diamètre maximum des pores est même plus diffici- le à estimer. Indiqué par la pression nécessaire pour faire barboter un gaz dans un liquide ayant une tension superficiel.
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le connue, placé au-dessus de la matière poreuse, le diamè- tre apparent maximum des pores est inférieur à 0,025 mm et de préférence inférieur à 0,0125 mm.
On estime que les pores les plus grands, ayant une section transversale totale suffisante pour laisser passer le courant de décharge maximum, ont un diamètre apparent compris entre 0,0025 mm et 0,0125 mm. Ces chiffres indiquent les limites extrêmes dans les deux sens. Les dimensions des grands pores où la disrupture se produit en premier lieu et qui laissent par conséquent passer la totalité de la déchar ge ont à peu près les même dimensions, et en général leurs dimensions sont tellement rapprochées que le voltage maxi- mum 44 de la Fig.ll ne dépasse pas environ le quadruple du voltage d'extinction 46 de la même figure.
Le nombre des pores des plus grandes dimensions, que l'on suppose être ceux qui laissent passer la décharge, est tel que la densité de courant du parafoudre est d'envi- ron 50 ampères par cm2 de section transversale du parafoudre, ou entre 25 et 75 ampères environ par cm2. Alnsi, un para- foudre denviron 5 centimètres de diamètre laisse passer des décharges d'environ 1000 ampères. Les chiffres qui précè- dent sont basés sur une valeur de décharge qui assure au dis- positif une durée indéfinie. Evidemment il est bien entendu que l'un quelconque de ces parafoudres peut admettre des dé- charges d'une valeur beaucoup plus élevée, mais en petit nom- bre seulement, car les parafoudres ne dureraient pas longtemps en étant soumis à de telles surcharges.
En ce qui concerne les proportions des éléments cons- titutifs de la matière poreuse, bien qu'il soit préférable d'utiliser un mélange composé de 75% de grog et 25% de car-
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burundum, en poids, la même caractéristique générale de parafoudre peut être obtenue au moyen d'environ 15% à envi- ron 35% du poids total de carborundum, les différentes pro- portions dépendant de la pureté du grog et du retrait du bloc pendant la cuissono
Il est avantageux de se rapporter aux volumes rela- tifs d'argile et de carborundum, ou autres matières analo- gues.
La fige 12 montre la relation existant entre les pour- centages en volume et les pourcentages en poids de carborun- dum, par rapport au volume et au poids du disque complet, et cette figure indique aussi les zones Ra, Rb et Rc dans les- quelles rentrent les caractéristiques représentées sur les figs. 13, 14, et 15 respectivement. Si les pourcentages, tant en volumes qu'en poids, sont maintenus dans les limi- tes de la zone préférée Rb,on peut compter obtenir la carac- téristique désirable d'extinction nette représentée sur la Fig. 14. S'il y a trop peu de matière conductrice, comme c'est indiqué par la zone Rc, le parafoudre permet la dé- charge superficielle, comme c'est indiqué par la courbe sur la Fig.15.
D'autre part, une trop grande quantité de matié- re conductrice produit la caractéristique désavantageuse d'une .extinction rampante, comme c'est indiqué par la courbe de la fig. 13. Si la quantité de matière conductrice n'est qu'un peu plus élevée que la valeur maximum indiquée pour la zô- ne préférée Rb,il est possible d'arriver à la zône Bb en éliminant par oxydation une partie de la matière conductri- ce, c'est-à-dire en enlevant du carbone dans le cas où l'on utilise du carbone, ce qui est préférableo
Dans le calcul des pourcentages ci-dessus, on s'est basé sur le poids spécifique des grains de carborundum in- dividuels plutôt que sur le poids d'un centimètre cube de cirstaux de carborundum qui, évidemment, renferment des es-
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paces d'air considérables entre les cristaux.
On peut utiliser des particules de métal ou de graphite au lieu de particules de carborundum pour assu- rer la conductibilité voulue ou l'action de détente destinée à amorcer les décharges à travers les pores par les déchar- ges coronaires des pointes des particules conductrices. Peur des matières peu résistantes, telles que les métaux, la zô- ne de travail effectif est plus grande et la zône de tra- vail la plus avantageuse se trouve à proximité des limites inférieures indiquées ci-dessus. En général, on peut dire que les pourcentages en volume pour les métaux ne sont que le tiers environ de ceux pour le carborundum, les pourcen- tages en poids dépendant des poids spécifiques relatifs.
Les zônes de pourcentages en volume, pour les particules métalli- ques, présentent une limite inférieure de 3-1/2 % du volume total du disque, et une limite supérieure inconnue. Les essais sur lesquels les chiffres qui viennent d'être mention- nés sont basés se rapportent principalement à des particules d'aluminium, bien que d'autres matières aient été expérimen- tées. Ainsi, des disques formés de 20% de limaille de laiton et 80% d'argile calcinée, an poids, donnent de bons résultats.
La durée du parafoudre dépend quelque peu des di- mensions des particules constitutives. Si les dimensions des particules sont plus faibles que celles indiquées dans le procédé de fabrication proféré, on obtient une carac- téristique de fonctionnement electrique plus avantageuse, mais il est plus difficile d'obtenir une durée aussi gran- de qu'avec des matières ayant les dimensions préférées. Si les particules sont beaucoup plus grosses que celles indi- quées ci-dessus, pour la forme de réalisation préférée,
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notamment si les particules de grog sont trops grosses, la caractéristique d'extinction nette disparait.
La durée extrêmement longue de la matière préférée a été démontrée par des essais indiquant que dans les condi- tions de fonctionnement normal, avec un éclateur en série., le parafoudre utilisant un disque de 5 centimètres de diamè- tre résiste à environ 1500 décharges de 1000 ampères chacun.