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PERFECTIONNI'MENTS AUX ±8,.
La présente invention a pour objet des perfectionnements aux para- foudres destinés à la protection des lignes de transmission d'énergie, et 'des appareils qui y sont branchés, contre les effets de tensions excessi- ves provenant de coups de foudre, d'ouvertures de disjoncteurs ou d'au- tres causes.
Les parafoudres comportent en général une distance explosive (ou éclateur) mise en série avec un élément limiteur de courant. Cedernier élément doit avoir une résistance qui diminue ou qui augmente, respecti- vement, lorsque le courant de décharge augmente ou diminue, et cette va- riation de résistance doit être telle que la tension aux bornes du
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parafoudre, pendant la décharge, semaintienne à une valeur compatible avec la bonne conservation des appareils branchés sur la ligne. La dis- tance d'éclatement joue le rôle d'un interrupteur, en coupant le courant provenant de le ligne d'énergie, et à qui l'élément limiteur de courant permet-de traverser le parafoudre.
La distance d'éclatement doit être éga lement telle qu'elle devienne conductrice pour une impulsion de tension suffisamment basse, pour réserver une marge appropriée entre cette ten- sion d'éclatement et la tension d'isolement des appareils protégés par le parafoudre.
La présente invention a pour objet un parafoudre perfectionné qui possède ces propriétés à un haut degré, qui résiste à aes impulsions de tension beaucoup plus sévères, que les appareils connus jusqu'ici, et dont la distance d'éclatement possède des qualités de coupure appropriées
L'invention sera d'ailleurs bien comprise en se reportant à la des- cription qui suit, et aux dessins qui l'accompagnent a titre ci'exemple non limitatif et dans lesquels :
La figure 1 est une coupe d'un parafoudre conforme à l'invention; la figure 2 est une vue à plusgrande échelle, partie en coupe, d'une partie du disrositif de coupure de courant, la figure 3 est une vue en perspective d'un élément du parafoudre selon figures let 2.
En se reportant à la figure 1, on voit un parafoudre 1, comprenant un bâti extérieur à paroi cylindrique 2, en matière isolante résistant aux intempéries, comme la porcelaine. Le cylindre est fermé à sa par- tie supérieure par un couvercle métallique 3, fixé au bâti 1 par un ci- ment approprié, de manière à constituer un joint protecteur étanche. Un chapeau métallique 4 est boulonné au couvercle 3 et est muni d'une borne b pour établir une connexion avec la ligne d'énergie. un support métalli- que de base 6, avec une borne ( de connexion à la terre, est boulonné à une pièce cylindrique métallique 8, cimentée à la partie inférieure du cylindre isolant 2. L'ouverture de la pièce 8, correspondant à celle du' cylindre 2, est fermée par une plaque métallique 9.
Une autre plaque métallique 10 est supportée par des vis 11, qui portent sur la
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plaque 9, la distance entre les plaques 9 et 10 peuvent être règlée au moyen desdites vis Il.
. Un deuxième cylindre 12, en porcelaine ou en autre matière isolante appropriée, est disposé coaxialement à l'intérieur du cylindre 2. Le cy- lindre intérieur 12 est fermé à ses extrémités supérieure et inférieure par des pièces métalliques scellées 13 et 14, respectivement. Le dylin- dre 12 possède un rebord interne 15, formant épaulement destiné à suppor. ter une série d'éléments coaxiaux formant résistance électrique 16, 17, 18, 19, 20, 21 et 22. Ces résistances 16 à 22 sont constituées par des cylindres creux, à surfaces extérieures planes. Chacune de ces surfaces plane possède un revêtement métallique auquel est soudée une plaque mé- tallique 23, comportant une ouverture centrale.
Les bords intérieurs des deux plaques 23 de chaque cylindre de résistance comportant des prolon- gements qui sont recourbés l'un en face de l'autre, leurs extrémités adjacentes constituant un éclateur 24, à l'intérieur de l'ouverture de chaque cylindre 16 à 22.
Une autre forme de résistance 26 est supportée à l'intérieur du cylindre 12 entre le rebord 15 et la plaque terminale 14, la figure 1 montrant, dans l'appareil représenté, deux résistances de ce type. Cha- que résistance 26 est constituée par une sorte de baque ouverte, dont le extrémités espacées 27 portent'des prolongements métalliques qui s'éten- dent à l'intérieur de la baque, ces prolongements étant espacés l'un de l'autre et constituant les électrodes d'un éclateur.
Une extrémité de la résistance inférieure 26 est fixée à une languette 28, recourbée à par- tir d'une plaque 29, serrée entre la plaque terminale 14 et le cylindre isolant 12. une extrémité de la résistance supérieure 6 est reliée par un cavalier 30 à une bague métallique 31, s'appuyant sur le rebord 15, sous la résistance inférieure 16. Les deux autres extrémités des deux résistances 26 sont reliées par un cavalier 32. L'ensemble des résistan- ces 16 à 22 et des résistances 26, avec leur bâti commun constitué par le cylindre isolant 12 et ses plaques terminales 13 et 14, constitue un ensemble scellé formant éclateur.
L'élément limiteur de courant du parafoudre 1 est constitué par plusieurs d.isques plats de résistance 33, empilés entre la plaque
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supérieure 1:3 et le couvercle 3. L'ensemble de ces résistances est main- tenu en place grâce à un ressort 34, disposé entre le couvercle 3 et les disques 33. La pression de ce ressort 34 peut être réglée au moyen des vis 11.
Les disques résistants 33 sont séparés les uns des autres par de minces plaques métalliques de diamètre beaucoup plus petit due celui des résistances 33. Toutefois, de préférence les surfaces planes de ces dis- ques sont recouvertes d'une couche métallique, pour former un bon con- tact électrique entre les surfaces adjacentes de ces disques, ainsi qu' entre les disque supérieur et le ressort 34 d'une part, le disque infé- rieur 33 et la plaque 13, d'autre part.
La matière constituant les résis tances 16 à 22 et 33 doit avoir un coefficient négatif de résistance ave@ la tension, c'èst à dire que, lorsque la tension appliquée aux bornes de l'une de ces résistance augmente, cette résistance diminue considérable- ment, et, par conséquent, le courant traversant cette résistance augmen- te considérablement, 11 est également important qu'il n'y ait qu'un très petit intervalle de ternps, si même il en existe un, entre la variation de tension et les variations correspondantes de la résistance et du cou- rant.
Bien que les résistances 16 à 22 aient été représentées sous les mêmes formes extérieures, elles peuvent présenter des résistances diffé- rentes, sous les mêmes conditions de tension.
Comme on l'a représenté figure 1, la résistance de ces éléments diminue en allant de la résistance 16 à la résistance 22, la résistance 16 ayant la plus forte résistance, et la résistance 22, la plus faible.
11 n'est toutefois pas nécessaire que toutes les résistances soient dif- férentes les unes des autres, les éléments 16 à 22 étant alors disposés en groupes, la résistance de chacun des éléments d'un groupe étant la même, mais les résistances des éléments des groupes différents étant elles-mêmes différentes. Comme on le voit figure 1, les éléments 1 6 et 17 ont la résistance la plus éle@ée, les éléments 18 et 19 ont des résis tances un peu inférieures à celles de 16 et 17, les éléments 20, 21 et 22 présentant des résistances encore plus faibles.
La résistance de chaque élément 26 doit être élevée, ce qui est dû en partie aux caractéristiques de la matière utilisée et aussi,
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@ dans une grande mesure, à la section beaucoup plus petite et à la plus grand.e longueur offerte au courant par ces éléments 26, si on les compa- re aux résistances 16 à 22. La résistance combinée des deux éléments
26, pour des impulsions de tension élevée peut même être comparable à la résistance totale de tous les autres éléments de résistances.
Comme on le sait, il est important que la décharge se produise aux éclateurs
24 et aux éclateurs des éléments 26, avec un retard aussi faible que pos sible après 1'application à ces éclateurs d'une tension qui a atteint la valeur prédéterminée pour laquelle la décharge doit avoir lieu. On sait également que les électrodes des divers éclateurs sont disposées l'uneen face de l'autre, de telle sorte que la décharge aux bornes d'un éclateur quelconque irradiera les éclateurs voisins. Cette irradiation électronique provenant d'un éclateur a pour effet d'ioniser l'atmosphère des éclateurs voisina et de réduire le temps qui s'écoule entre l'appli- cation de la tension etl@ décharge.
C'est ainsi qu'après le fonctionnement des éclateurs 6, les autres éclateurs fonctionneront successivement, avec un retard sensiblement nul, Pour que les éclateurs 24 fonctionnent successivement, l'éclateur
24 de la résistance 16 a un intervalle de décharge un peu plus court que celui de la résistance 17. Si, .toutefois, l'intervalle de décharge des éclateurs était successivement augmenté, ces distances deviendraient bientôt suffisamment grandes pour que l'arc jaillisse entre les surfa- ces des résistances 16, 17, etc, qui shuntent ces éclateurs, plutôt que de jaillir aux éclateurs 24. De même, avec des éclateurs trop espacés, l'impulsion de tension provoquant la décharge aux éclateurs deviendrait trop élevée.
Comme la distance d'un éclateur augmente avec l'augrnenta- tion correspondante de la tension qui lui est appliquée, l'efficacité de cet éclateur, au polit de vue de la possibilité qu'il offre pour cou- per une décharge ou une circulation de courant à travers lui-même, di- minue. par conséquent, pour que l'intervalle de décharge 24 de la ré- sistance 18 ne soit pas trop long, cet intervalle peut être réglé aussi court que celui de la résistance 16, puisque la résistance 16 est plus grande que la résistance de l'élément 18..
De cette façon, à tout ins- tant, la tension aux bornes de l'éclateur de la résistance 16 sera supérieure à la tension aux bornes de l'éclateur de la résistance 18,de
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telle sorte que c'est l'éclateur de la résistance 16 qui fonctionne le premier. De même les résistances 18 et 19 peuvent être les mêmes, mais l'intervalle de décharge de la résistance 19 sera légèrement plus grand que celui de l'éclateur de la résistance 18.
Comme on l'a précisé ci-dessus, le fonctionnement du- parafoudre se- rait défectueux si l'intervalle de décharge des éclateurs augmentait pour une augmentation correspondante de tension. La Société demanderesse a découvert qu'un parafoudre du type ci-dessus pouvait fonctionner de maniè- re satisfaisante, pour des impulsions de tension beaucoup plus sévères que celles permises par les anciens parafoudres, si l'on éliminait complè.
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tement la possibilité d'écla-bet-ien-c, d'un seul arc aux bornes de plusieurs des éclateurs 24. Dans ce but, on interpose entre les divers éléments 16 à 22 des disques ou écrans 35.
Ces écrans sont, de préférence, en matière conductrice telle que le cuivre, de manière à séparer les divers espaces de décharge par des sur-
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faces équipo;entielles et de fractionner l'espace ionisé en compartiments séparés. Avec ce dispositif, on augmente la capacité (le coupure des écla- ,leurs, en produisant des chutes de potentiel bien définies le long des trajets ionisés quipeuvent s'établir dans l'éclateur, ce qui crise tout arc long et relativement stable, en des arcs plus courts et moins stables L'ionisation résultant d'une forte décharge à travers les éclateurs du
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parafoudre peut provoquer le aillisse':lent d'un arc entre plusieurs des éclateurs s ;
a9 comme par exemple, depuis l'éclateur de la résistance 16 jusqu'à l'éclateur de la résistance 19, court-tSircuitant ainsi les écla- teurs des résistances 16, lvq 18 et 19. rar suite ae cet arc, la proprié- û, o.e cOUpU'2 du parafoudre, en ce qui concerne le courant provenant de 1g ligne d'énergie, est réduite, car le nombre des éclateurs en série aan l'arc est réduit, r¯ans l'hypothèse ci-dessus, o.e 9 à c. Un tel che- minindésirable pour l'arc peut exister, même si la décharge s'est amorcée aux bornes des électrodes de chacun des éclateurs disposés en parallèle sur les résistances 16 à 22, 86 et Ces arcs en série peuvent se brans
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i,rer sur un trajet indésirable qui court-circui'#r'oit plusieurs des cca leurs mis en série, après amorçage ae la décharge, ciu fait (,L'une ionisation gazeuse intense provenant d'une forte décharge.
Grâce
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aux écrans 35, le nombre des éclateurs en série dans l'arc et par consé- quent la propriété de coupure correspondante du parafoudre, ne sont pas réduits, même si l'arc se déplace depuis les électrode normales 24 jus- qu'aux surfaces des écrans conducteurs 35, aux extrémités de chaque résis- tance qui est connectée en parallèle avec l'éclateur correspondant. En raison des différences de volume, ainsi que des temps et des énergies dif. férentes correspondant à chacune des fractions de l'arc, un courant gazew tend à s'établir au sein même de l'arc, qui tend à entraver la stabilité de ces arcs courts et à favoriser l'extinction de l'arc quand la circula- tion de courant diminue, comme lorsque le sens du courant change deux foi: pendant une période du courant alternatif.
Bien que les disques 35 augmen tent dans une grande mesure la capacité ae coupure de courant du parafou- dre et qu'ils lui permettent de fonctionner de maniere satisfaisante pour des impulsions beaucoup plus séveres que dans les appareils construits jusqu'ici, ces disques augmenteraien la tension d'éclatement du parafoudre d'une manière très appréciable, s'ils étaient opaques aux radiations élec Ironiques, car ils empêcheraient un éclateur d'irradier directement-les autres. Pour' surmonter cette difficulté, chacun des écrans 35 est muni de plusieurs ouvertures 36.
S'il n'existait qu'une seule ouverture dans chaque écran, et si ces ouvertures étaient toutes alignées de telle sorte que les radiations pro- venant d'un éclateur puissent influencer directement l'éclateur voisin, cette disposition serait satisfaisante. il est toutefois possible que les écrans 35 puissent être légèrement décalés, de telle sorte que l'ouvertu- re unique de chaque écran pourrait ne pas se trouver alignée avec les arcs des éclateurs situés au-dessus et au-dessous dudit écran 35. En con- séquence, afin de ne pas interrompre un c@emin direct d'irradiation dans les intervalles entre éclateurs, on prévoit plusieurs trous 36, arrangés de manière analogue à ceux d'une salière, ce qui crée le chemin direct désiré, sans nécessiter qu'un trou particulier soit en alignement prévis avec d'autre trous.
La dimension des trous 36 des écrans 35 n'apas une importante capitale : ils ne doivent Pas être trop petits pour ne pas être mécaniquement difficiles à usiner, ni trop grands, de telle sorte qu'ils ne constitueraient plus un écran
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ou surface conductrice appropriée, les écrans 3b étant en métal. Un a trouvé que des trous d'un diamètre de b à 6 millimètres ne donnent pas satisfaction alors que des trous de 1 mm de diamètre environ ont donné satisfaction.
Bien qu'on ait 'trouvé préférable d'utiliser des écrans 35 en matière conductrice, on peut aussi obtenir un fonctionnement satisfaisant avec des écrans isolants, par exemple en fibre :dans ce cas, il faut prévoir un moyen pour conduire le courant d'un éclateur à l'autre. Il est bien évident que si cet écran est en une matière transparante aux radiations actives, qui aident le fonctionnement des éclateurs successifs, on peut se dispenser de prévoir des trous 36. Par exemple, si les écrans sont en quartz qui n'arrête pas le rayonnement ultra-violet, efficace pour faci- liter la décharge aux éclateurs, on peut supprimer complètement les ouver tures 36.
Par les écrans 35 de 1'invention, on élimine completement les ef- fets @e l'air ionisé, permettant -,- l'arc de jaillir entre électrodes d'é dateurs voisins. Les essais ont montré, avec des impulsions de courant de l'ordre de 10.000 amperes, que l'on obtenait une meilleure interrup- tion des courants en provenance ae la ligne d'énergie, lorsqu'on utili- sait .Les écrans de l'invention, tandis que les parafoudres construits suivant l'art antérieur ne donnaient pas satisfaction.
Bien qu'on ait représenté et décrit une forme préférée de réalisa- tion de l'invention, il est sien évident qu'on ne désire pas se limiter à cette forme particulière, donnée a simple titre (J'exemple non limita- tif et que par conséouent toutes les variantes ayant même principe et même objet que la disposition ci-dessus rentreraient comme elle dans le cadre de l'invention.