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P:R':!;CTICNIE1..'EI"TS AUX A.1'PAREILS A DZCHARGE ELECTRIQUE DANS UNE AT:,OSPH:s}(E DE GAZ RAREFIE POUR LA PROTECTION DES INSTAILATICNS :#L-.:CTFII'.JJS COf.iTFill LES S'RTEPTSIC2dS
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La présente invention, due à Monsieur Edouard GCb10tfi3T, est relative aux limiteursde tension dénommés ci-après parafoudres servant à protéger des installations électriques contre les sur- tensions éventuelles.
Il est consu d'utiliser comme parafoudre un dispositif à
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décharge électrique dans une atnosphére de gaz raréfié construit pour s'amorcer avant que la surtension n'ait atteint une valeur susceptible de détériorer le matériel à protéger ou de nuire à la sécurité des personnes appelées à utiliser ou à manipuler ce ma- tériel et pour débiter vers la terre une énergie suffisante pour cette protection.
Ces surtensions sont d'originesdiverses (induc- tions de lignes électriques voisines ou de coups de foudre plus ou moins éloignés, contacts accidentels avec une ligne électrique voi- sine, coups de foudre directs etc.. ) et elles mettent en jeu des quantités d'énergie très v; riables,
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!,uand la tension aux bornes du parafoudre at eint 1? tension d'ara,rç;e, le rarafoudre s'allume en "lampe ii lueur cathodique", la lueur cathodique recouvrent alors une petite partie de la surface de l'électrode négative. Si la tension croît, le courir! débité
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augmente et la lueur cathodique s'étend rradue:le''l1dlt sur tnute la surface de l'électrode fonctionnant en cathode.
Si l'énergie de la perturbation est suffisamment importante, la décharge passe ensuite du régime à lueur au régime d'arc; sur l'électrode fonctionnant en cathode, la décharge se concentre alors en une tache cathodique dont les dimensions sont faibles mais la température très élevée.. Le parafoudre est alors soumis à un fonctionnement très sévère qui ris-
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que de modifier ses car¯ ctisristioues et, en particulier, sa tension d'amorçage, malgré le:; précautions prises ::>uur diminuer l'éehauffe- llc'Ol,t d(': électrodes co :ne en leur donnant une grande surface ou en facilitant leur refroidissement.
Après un tel fonctionnement, le par.*foudre ne protège plus l'installation contre une nouvel:Le sur- tension dans les mêmes limitas que le parafoudre neuf.
Le but de le présente invention est de réaliser un para- foudre capable de mieux supporter la décharge n arc que les nara-
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foudres 8ctuelle!f'L connus, e'est-%-dirsi de conserver une grande constance de fonctionnement, en particulier au point de vue de la variation de la tension d'amorçage. Cette tension dépend non seule- ment de la nature et de la pression des gaz de remplissage et de la forme eL de la, distance des électrodes, mais aus:. de l'état de sur- face de celles-ci (nature cristalline, poli etc.. ).
Or la tache ca-
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thodique qui se forme dei,s le 1'0, ctionnewen;. en arc fi,dii'ie rapide- ment l'état de surface def, électrodes, pour que cette modification n'influe pas sur 1'. tension d'c,,,loI'û3:'7e, chaque électrode des para- foudres selon la présente invention comporte au moins deux zones dont
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les positions relatives et 1:Ds différc-nces éventuelles de composition superficielle et de forme sont telles que la décharge prenne toujours
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naissance sur une première one dite d'amorçage" sans qu'il 1 s'y pro- duise d'arc et que, si la décharge a pris le régime d'arc, la tache
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cathodique soit toujours localisée sur la seconde zone dite de "régime d'arc" et uniquement sur celle-ci.
Pour que l'amorçage ait lieu entre les zones prévues à cette intention, celles-ci ont de préférence une forme à faible rayon de courbure et sont plus rapprochées l'une de l'autre qu'au- cune autre partie des électrodes. On doit, de plus, éviter les aspérités sur ces zones pour régulariser l'amorçage et pour di- minuer le retard à l'amorçage en réalisant un champ électrique le plus homogène possible.
Chaque zone de "rgime d'arc" doitêtre suffisamment éloi- gnée de l'autre électrode pour que, malgré les modifications subies par cette zone sous l'action des arcs, la décharge ne s'amorce ja- mais à partir de la zone de "régime d'arc". On peut appliquer sur chaque zone de "régime d'arc" tout moyen connu pour faciliter l'a- morçage d'une tache cathodique sur cette zone ou son maintien, tel que: emploi de revêtements d'oxydes émissifs, hétérogénéité de la surface par exemple par la présence de grains de 'matières semi conductrices telles que le carborundum etc..
Il est avantageux de donner aux diverses parties des électrodes des positions relatives telles que les courants de con- vection, dus à la chaleur dégagée par la décharge ou les forces électro-magnétiques ou les deux ramènent vers la zone de "régime d'arc" l'arc qui se serait accidentellement amorcé sur une autre région de l'électrode.
Pour régulariser la vitesse d'amorçage du parafoudre, on peut, comme connu, utiliser à l'intérieur de cet appareil, le rayon- nement de matières radioactives.
Les figures 1, 2, 3 représentent, à titre d'exemple, trois réalisations de l'invention, vues en coupe par l'axe de chaque appareil. Dans les trois cas, le s électrodes sont enfermées dans une enceinte de verre R remplie de gaz, sous faible pression.
La figure 1 représente un parafoudre destiné à fonction- ner, l'axe X X étant à peu près horizontal. Dans l'enceinte R se trouvent deux électrodes dont chacune comporte une arrivée de courant D et deux coupelles A, C fixées sur cette arrivée.
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Le bord T de chaque coupelle est le. partie de l'électrode cor-
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respondante la plu.. proche de l'autre électrode; ce Lord';:' cons- titre la 117.ont: d'a ¯or c #;e'' d;: l'électrode; ,- d{tlr(IL:0; 1- tension d'c:a,:-:rq8ce. Le bord U de chsou coupelle est '-8l'ni d'une couche d'oxydes 'u]issif2 et constitue la zone da "régime cï'sJ.'c". Ce para- -foudre comporte en arrière de chaque électrode un écran de mica qui a naur but d'empêcher la <à d . ' cb ;. r çe de contourner les électro- -des et dl" vnir tm fixer su;.. les arrivées (le courant.
Quand la surtension se procuit, une d"charge 8. lueur s'c"orce; elle part d'une portion du bord T const=, tu .n;. la zone d'a:.;loJ'c3ce e1 s'étend de proche dl proche sur la sur8.ce de l'électrode f'.Ù3ant t o ;' i 1 c de cathode salIS altérer celle-ci si 1 r. l le a été convclm 1¯e,'lnt ,iB,.9;(8..s l'intensif' du courant traversant l'appareil est suf- ...:fisc.nt::', a. lueur recot'vre les c,JuiJe11e L et C et le tronçon Y de l'arrime de courant qui les réunit. Si l'intensité du courant augmente encore, 1 décharge passe au r é L; 1 :. d'arc; la tache ca- -thodioue se produit en un Tv iltt du bord 11. de la coupelle C en raison de la présence d'oxydes 6.:is:,:Lf's que la c1fch:H".:e en lueur a. échauffés.
L e :lv.c.iïic.atlrns de 2UY'L'eceues Ù 1 tache c,thoc14 que vut 7¯l.(17 teS la .C)ne d "1'é,:i..1G d'arc" et soLt ainsi sans action pur le tension d'e'''iorc8e. s 1 , BXCCtJtl0rtrlC. 'l i'lt, 1.±, tache c' t ii c, r" 1 . use P, i0î' ;- ur lue, coupelle A, elle ur s'" i.i =. i n t 5 n pas, car les courants de e c n ;., i, < c t 1 ,=> n dus au chrufrsge (Je ] ,:t:os"h;re du 1?aL.<"Î'C:'àiir.e r.a: la déch.r.'t:- 1:=,l,l,=cellt l'arc vers le 1-;..ut. u'1 U.Y'i C ¯n:.,x,'.'ui;i UIA r'"¯:'L1f'cludI'e de fonctjcnn- , I:i Jdenti- \.J.1; :L "-'é'c'o'nt t 'out C u--, électrode i C'n:.t cite 111W r"1,tie co- 1 , 'à J 1- t 1" " 1. i aii par ua 1 : q 1' C O 1 : d ï , ] - z . 7¯c ra 'on, su.¯ lequel 8 "' u 1':.. .:r^ ¯:e; le cône L e. raccordé rar un arrondi 1:<'' '' faible 1 FD ' ci! de courbure ' une :::
p . r .L 1 cylindrique G destinée '" améliorer le recr'oidi3S8ld, du cône 1" 4<#: :.lê:lG que la collerette m<1.t;i ii ,ti n qui relie cc cône au;< '.:crjvt,8s de e éç. i 1 c. i . J,
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Sur l'arrondi F, qui constitue la zone de 1!régime d'arc", sont incrustés de[; crains de carborundum qui ont pour rôle de fixer la
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tache cathodique d'ou l'arc prend naissance et ainsi d'éviter qu'elle se forme sur l'arrondi E qui constitue la zone d"amorçage".
Chaque électrode est portée; par deux fils J, K d'arrivée de courant qui sont réunis ensemble extérieurement à l'appareil.
Des écrans en mica I empêchent le contournement par l'arc comme dans
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la réalisation p-récl-'de,te. l,a figure 3 représente un parafoudre dont chaque élec- t'rode comporte un gros fil métallique poli N et une hélice M à simple ou double spiralage de- fil en métal réfractaire recouvert d'oxydes alcalino-terreux, le gros fil et l'hélice étant montas'en série; l'ar- rivée du courant se fait à l'extrémité de l'hélice non connectée avec le fil N.
Chaque filN comporte un tronçon V situé à une distance de l'autre telle que l'amorçage de la décharge se fasse entre ces tronçons sous la tension désirée pour l'amorçage du parafoudre et se fasse tou- jours entre ces tronçons; la zone de "régime d'arc" de chaque élec- trode est constituée par les hélices!.,,! enduites de matière émissive.
Le mode de fonctionnement de cette forme de réalisation est le suivant: quand la surtension se produit, une décharge en lueur s'amorce entre les tronçons V ; au fur et %* mesure que l' intensi. té aug- mente,'la lueur s'étend et gagne l'hélice M qu'elle chauffe concurrem- ment avec l'effet Joule dû au passade du courant qui s'écoule par les fils N; finalement l'arc éclate, sa tache cathodiq,ue se produisant sur
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l'hélice 1.1.
L'8:oorçBce de l'arc sur l!extrémité d'une hélice, par où arrive le courant, se :fait d'autant plus facilement que, pendant la décharge on lueur, la chute ohmique due à la résistance de l'hélice crée une différence de potentiel entre l'extrémité W et la zone d'amorçage de la même électrode.
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REVE 2>1D ICi..T lC NS
1 Perfectionnements aux appareils à décharge électrique pour la protection contre lesurtensions comportent deux électrodes fixes et une atmosphère de gaz raréfié, consistant en ce que chaque élec- trode comporte au moins deux zones dont les positions relatives et les différences éventuelles de composition superficielle et de forme sont telles que la décharge prenne toujours naissance
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sur une première zone dite d'latiiorçag6l' sans qu'il s'y produise
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d'arc et .t 1¯ t1 :# , si 1s a 1 é. e : . ar. g;e plis le régime d'-:rc, la t',.che c?tlaoàiotl>3 se localise S'90út8rh,r;1ent sur 1", we.c,:.ce .--eue dite de l'r0::::i,'il8 c1":l'CIt et t tln 1 .-;a;# :n#.. nt SI11' celle-ci.
2 ..;o.:':e de e T..±. l 1 s :: .t: 1 c: ii ,dU!. 2"rei1 lit 1 danp S, le q 1-2 e la. surface ce la zone <1>=. "régime d'arc" CC1filT'c.j"te des oxydas émis- sifs ou des :r:ia:: de :18.tièl'c, sni:i co:,duc'J.ic8j 5 Variante à.. rr7¯iset,io:. :le l'appareil suivant 1 dans la- qLE 11e o.. évite la y.E-rsistr.: ce d'arcs ps: t s ite. eu disposant les E:7¯eCtS'C.e;: de f3r':1l telle eu' les courant ce convect'on ou les forces élec \..!.'ü-:nn ''jC,'ti,C1uec, ou le f' deux 8 ssail- sur' 1, décharge en arc transportent les 'oints (je 4ii¯11¯;.:ea,ei'.':t d, ces ç: . i c s .
i: I - s 1 t :: cs ü.s 7.î ..nne de t' r {, :i ',1 e c1';; ' C t
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.3 c >1 de L1.Ci.lOI1 d'un &i12¯'7'E'al L;.7¯V(.¯i: 1 , CéJ.:::::1ctél"is' C2 '¯,Lla J: 1 =. <? ri C3.: "ré,'j,Gi8 e ri ' : .. i c rr Sr, t. c ;>1, s ;. i .l ;.; ,i. ;'é11' I11L' ,'lice -L'11 11' :";-W'1 l'('I' ct:-ir'8 ¯P'QCüG;1 i, ce m8ti:J>":- i;i:';,...¯ç;'1S:1V2 L:l0{t(e eJ! s < >. é. i' 1 [.Y',-:;C un::-- s. l: 1 ± CO¯ S 1 U.7j.I:t; ..':'..:C :1','-¯ a t - .:C'i.'^: ,-,"F,,