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Parafoudre.
La présente invention concerne les dispositifs de pro- tection contre les tensions excessives, ou parafoudres, et plus particulièrement un parafoudre perfectionné du type à expulsion.
Les parafoudres à expulsion sont, en principe, constitués de deux électrodes espacées se prologeant à l'intérieur d'une cham- bre, habituellement un tube cylindrique, qui est garnie ou qui con- tient une matière, telle que de la fibre dure, pouvant émettre des gaz quand elle est chauffée par un arc électrique, une des électrodes étant pourvue d'un dégagement pour l'évacuation des gaz produits en cours de fonctionnement. Quand une surtension provoque une décharge, un arc s'établit entre les électrodes, et de grandes quantités de gaz non ionisé sont produites.
Celles-ci se mélangent de manière turbulente aux gaz de l'arc, et celui-ci
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est souffler la trajectoire de l'arc étant désionisée par le cou- rant des gaz qui s'évacuent par le dégagement; il s'ensuit que le courant de puissance qui entretient la décharge est interrompu, ordinairement dans la premièfe demi-période.
Si l'on veut obtenir de bonnes caractéristiques d'inter- ruption, spécialement pour les faibles courants, la trajectoire de l'arc doit être relativement resserrée, et l'on munit ordinaire- ment les parafoudres à expulsion de dispositifs de réduction de trajectoire d'arc, afin que celui-ci s'établisse dans un espace- ment relativement étroit. Si, au contraire, les courants de dé- charge sont très élevés, la grande quantité de gaz produits en un temps très court dans cet espacement limité provoque des pres- sions de gaz extrêmement élevées faisant subir au tube des con- traintes instantanées, ou forces explosives, sévères.
Afin que le tube puisse résister à ces forces destructives importantes, il doit être calculé de manière à avoir une résistance mécanique très élevée; et il a souvent fallu mettre une résistance en série avec les parafoudres de ce type, afin de limiter le courant de décharge à une valeur compatible avec la sécurité.
La présente invention a principalement pour but de créer un parafoudre du type à expulsion ayant de bonnes caractéristiques d'interruption pour des courants faibles et des courants forts, mais dans lequel on empêche le développement de pressions de gaz excessives.
Conformément à ce but, l'invention consiste principalement en un parafoudre du type à expulsion dans lequel est prévu un empilage de pièces plates, circulaires, libres entre les électro- des afin de resserrer la trajectoire de l'arc, les pièces circulai- res pouvant se mouvoir librement dans le sens axial de façon à permettre aux gaz de s'écouler entre elles pendant une déchar- ge, certaines de ces pièces étant percées d'un trou central dans lequel les gaz peuvent s'écouler de manière à diminuer la pres- sion gazeuse, sans porter notablement atteinte au resserrement de @
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la trajectoire de l'arc. Un espace d'emmagasinage de gaz est ordinairement prévu à l'intérieur de l'électrode sans dégagement, dans le but d'abaisser encore la pression des gaz.
Plusieurs formes d'exécution préférées de l'invention sont représentées, à titre d'exempme, au dessin annexé.
La figure 1 est une coupe verticale d'un parafoudre à expulsion conforme à l'invention.
Les figures 2 et 3 sont des vues en perspective de pièces du parafoudre de la figure 1.
La figure 4 est une vue partielle, en coupe verticale, d'un parafoudre montrant une variante de l'invention.
La figure 5 est une vue en perspective d'une rondelle utilisée dans la forme d'exécution de la figure 4.
La figure 6 est une vue en perspective montrant une autre forme de rondelle pouvant être utilisée dans la forme d'exécution de la figure 4.
La figure 7 est une vue partielle, en coupe verticale, d'une autre forme d'exécution de l'invention; et
Les figures 8 et 9 sont des vues en perspective de pièces du parafoudre de la figure 7.
La parafoudre représenté à la figure 1 comprend un tube cylindrique 1 en fibre dure, ou une autre matière isolante appro- priée pouvant émettre des gaz. en présence d'un arc électrique égayant une résistance mécanique suffisante. Le tube 1 est repré- senté comme étant d'une seule pièce, mais il est clair que l'on peut employer n'importe quel montage tubulaire approprié ayant une paroi interne cylindrique en une matière isolante pouvant émettre des gaz. Le tube 1 est taraudé à chacune de ses extrémités, pour recevoir des électrodes opposées et espacées. Une électrode su- périeure 2 est vissée dans le bout supérieur du tube 1, et dans la forme d'exécution particulière représentée,' cette électrode consis- te en un tube métallique se terminant par une partie d'électrode ,plate ou tête 3 de diamètre plus petit.
L'électrode 2 est percée
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de plusieurs ouvertures 4 disposées autour de la tête 3 et ser- vant à faire communiquer le tube 1 avec l'inférieur de l'électrode creuse 2. Un chapeau 5 est vissé sur le bout supérieur de l'élec- trode supérieure 2 et s'adapte sur le sommet du tube 1 de manière à fermer la partie supérieure du dispositif par un joint étanche aux gaz. Une Borne terminale 6 est vissée dans le chapeau5et sert de connexion électrique pour l'électrode supérieure.
L'électrode inférieure 7 est une pièce creuse, tubulaire vissée dans le bout inférieur du tube 1, qui comprend une partie d'électrode ou tête 8 semblable à la partie 3 de l'électrode su- périeure. La tëte 8 est entourée de trous de dégagement 9 permet- tant aux gaz de s'échapper de l'intérieur du tube 1 par l'électrode creuse inférieure 7. Les parties 3 et 8 des électrodes supérieure et inférieure 2 et 7 sont séparées l'une de l'autre à l'intérieur du tube 1, sur une distance déterminée par la tension de rupture désirée du tube, et la disposition est telle que la distance d'é- entre clatement/électrodes à l'intérieur du tube est considérablement inférieure que la distance d'éclatement à l'extérieur du tube, de sorte que les décharges entre électrodes se font toujours à l'intérieur du tube.
Une pile de pièces plates, circulaires, libres est déposée dans le tube 1, entre les électrodes. Dans la forme d'exécution particulière de la figure 1, cet empilage est formé d'une quantité de bagues ou rondelles 10 et de disques 11 alternés. Les rondelles 10 sont en fibre dure, ou en une autre matière isolante appropriée, émettant des gaz, et quoique ces rondelles puissent être estampées dans des feuilles, il est préférable de les couper de tubes en fibre à cause de la résistance et de la rigidité plus grandes dues à la structure fibreuse circonférentielle. Chaque rondelle 10 a une ouverture centrale relativement grande et une fente 12 dont les parois sont écartées l'une de l'autre, de manière à rendre la ron- delle compressible, en fermant la fente 12.
Cette fente 12 est de
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préférence inclinée sur l'axe de symétrie de la rondelle, comme indiqué à la figure 2, de manière à rendre la rondelle encore plus compressible par glissement d'une paroi de la fente sur l'autre.
Les disques 11, non perforés, sont en fibre dure, ou en une autre matière isolante, émettant des gaz, et portent chacun plusieurs radiales rainures/13, au moins sur une de leurs faces. Dans la forme d'exé- cution des figures 1 et 3, chaque disque est pourvu de quatre rainures 13 sur chaque face, les rainures d'une face étant décalées par rapport à celles de l'autre, afin de ne pas trop affaiblir-le disque, et leur profondeur allant en décroissant vers le centre.
Les disques supérieur et inférieur de la pile peuvent ne porter des rainures que sur une face, comme indiqué à la fig. 1.
Les rondelles 10 ont un diamètre tel qu'elles s'adaptent d'assez près à l'intérieur du tube 1, tout en laissant un léger jeu entre les rondelles et le tube de manière à former une trajectoire resserrée pour l'arc. Les disques 11 ont un diamètre légèrement inférieur de façon à permettre une plus grande turbulence des gaz émis pendant le fonctionnement. Les disques et rondelles sont em- pilés alternativement et forment une pile dont la hauteur est plus petite que l'écartement entre électrodes 3 et 8, de sorte qu'en conditions normales il y a un vide entre la pile de disques et rondelles et l'électrode supérieure 3, comme indiqué à la figure 1.
Les disques et rondelles sont empilés librement de sorte qu'ils peuvent s'écarter l'un de l'autre et se mouvoir axialement dans le tube 1, les rondelles étant disposées de telle manière que leurs fentes ne sont pas alignées afin d'éviter à la décharge un chemin trop large. Le décalage angulaire des fentes 12 allonge la trajec- toire de l'arc, si une décharge s'établissait par une ou plusieurs fentes, effet d'autant plus important si les fentes sont alignées, par mégarde.
Le parafoudre proprement dit comprenant le tube 1 avec ses électrodes associées, est, de préférence, enfermé dans une enve- loppe en porcelaine 14 posée sur une rondelle 15 à trous serrée
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entre un épaulement de l'électrode inférieure 7 et l'extrémité inférieure du tube 1. On internale, de préférence, un joint 16 entre l'enveloppe 14 et la rondelle 15. Un couvercle métallique 17 ferme le dessus de l'enveloppe en porcelaine 14, un joint 18 étant placé entre le couvercle 17 et l'enveloppe 14; le couvercle 17 s'adaptant contre un rebord 19 de la borne terminale 6. Un joint de serrage 20 est placé entre le rebord 19 et le couvercle 17, et on peut constater qu'en vissant à fond la borne terminale 6, l'ensemble est maintenu rigidement comme un tout.
La borne 6 peut être pourvue d'un écrou et d'une rondelle appropriés 21, ou d'au- tres moyens de connexion, pour pouvoir y fixer un conducteur de ligne. L'électrode inférieure 7 est vissée dans une plaque ou support 22 et fixée avec une rondelle de serrage 23. S'il le faut, on peut attacher à la plaque support 22 un volet 24 pour dévier le jet des gaz de décharge sortant de l'électrode inférieure 7 dans une direction éloignée des parties conductrices voisines.
Au point de vue de l'utilisation, la borne terminale 6 est connectée à la borne d'un transformateur, ou d'un autre appa- reil à protéger, où à un conducteur de ligne 25, par l'intermédiai- re d'un éclateur 26 de forme physique appropriée quelconque, mis en série. L'électrode inférieure 7 est mise à la terre par l'inter- médiaire du support 22, comme indiqué en 27. Dans des conditions normales, l'éclateur série 26 isole le parafoudre de la tension de ligne, de sorte que le tube en fibre 1 n'est pas soumis con- tinuellement à cette tension. Dans le cas d'une surtension due à la foudre ou à toute autre cause,'qui dépasse la tension de ruptu- re du parafoudre, l'éclateur 26 extérieur et l'intervalle intérieur entre les électrodes 3 et 8 percent pour décharger la surtension vers la terre.
Un arc s'établit entre les électrodes 3 et 8 par l'espace resserré entre les rondelles 10 et la paroi du tube 1, les disques non perforés 11 empêchant une décharge par les ouvertu- res centrales des rondelles 10. Dès que l'arc est établi entre les électrodes 3 et 8, le tube 1 et les rondelles 10 en fibre ainsi que
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les disques 11 émettent une grande quantitéde gaz relativement non ionisés. Ces gaz se mélangeant,de manière turbulente, avec les gaz de l'arc et se déchargent par les trous9 et l'électrode tu- bulaire.inférieure 7 en un jet qui souffle l'arc et désionise sa trajectoire, ce qui éteint l'arc et interrompt le courant de déchar ge.
Quand le courant est assez important, de très grandes quantités de gaz sont produites dans l'espace d'arc restreint en un temps très court, et ces gaz doivent pouvoir être évacués par les trous 9 assez rapidement que pour empêcher l'établissement de pressions très élevées. Cependant, les gaz sur la trajectoire de l'arc s'écoulent par les rainures 13 des disques 11 dans les ouver- tures centrales des rondelles 10, ce qui donne un volume supplé- mentaire à remplir par les gaz et diminue la pression. Les gaz pas- sant ainsi entre les disques et les rondelles tendent à séparer ceux-ci dans le sens axial, poussant le disque supérieur contre l'électrode supérieure 3, et écartant les disques de la pile entre eux, ce qui augmente encore le volume et'rabaisse d'autant la pression.
Le gaz se trouvant à la partie supérieure de la trajectoire de l'arc s'écoule par les ouvertures 4 à l'intérieur de l'électrode supérieure creuse 2, d'où nouvelle. augmentation de volume et diminution de pression. Si la pression du gaz sur la trajectoire de l'arc est assez forte, les rondelles 10 seront comprimées ra- dialement, les fentes 12 se fermant, ce qui élargit la trajectoire de l'arc et diminue la pression. Si la pression est extrêmement éle- vée, les parois des fentes 12 peuvent glisser l'une sur l'autre de manière à comprimer plus encore les rondelles.
Quand les ron- delles sont ainsi comprimées la trajectoire de l'arc est évidemment élargie mais comme une telle compression extrême ne se produit que sous des pressions de gaz extrêmement élevées, c'est-à-dire avec de très gros courants, les caractéristiques d'interruption du parafoudre ne sont pas notablement affectées. Quand les ron- delles sont comprimées, grâce à leur élasticité, elles tendent à re- prendre leur position normale de sorte qu'il y a continuellement
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une force qui tend à restreindre la section de la,trajectoire de l'arc, ce qui améliore d'autant les caractéristiques d'interruption du parafoudre.
Ceci présente un autre avantage caractérisé.en ce que les rondelles peuvent être comprimées pour permettre le passa- ge de courants de surtension très élevés, les rondelles reprenant immédiatement leur position normale pour permettre l'interruption efficace des courants faibles qui suivent.
Le dispositif décrit présente des volumes d'emmagasinage de gaz considérables à l'intérieur du parafoudre dans les ouver- tures centrales des rondelles 10 et dans l'électrode creuse supé- rieure 2, de sorte que les gaz produits sur la trajectoire res- treinte de l'arc peuvent s'écouler dans ces espaces avec la dimi- nution correspondante de la pression. Comme les rondelles 10 ne sont pratiquement pas comprimées, sauf dans le cas de pressionsde gaz très élevées, l'étroitesse de la trajectoire de l'arc est main- tenue, et le parafoudre a donc des caractéristiques d'interruption d'arc excellentes pour les courants faibles et forts, tout en empêchant l'établissement de pressions de gaz excessives.
Il est clair que diverses modifications peuvent être ap- portées à la forme d'exécution particulière décrite , sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le volume d'emmagasinage de gaz à .l'intérieur de l'électrode supérieure peut ne pas toujours être nécessaire, et cette électrode peut être pleine dans certains cas.
D'autre part lorsque le volume d'emmagasinage de gaz est prévu dans l'électrode supérieure, il peut être inutile d'avoir un vo- lume d'expansion à l'intérieur de la pile des pièces circulaires, et les rondelles 10 peuvent être remplacées par des disques pleins; on obtient ainsi un empilage alterné de disques de grand et petit diamètres. Le fonctionnement et le rendement d'une telle variante seront évidemment semblables à ceux du dispositif décrit aupara- vant.
Les figures 4 et 5 représentent une autre variante. La r.
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figure 4 est une vue partielle d'une partie du tube en fibre 1 d'un parafoudre semblable à celui de la figure 1. Dans cette variante, la pile de pièces circulaires comprend alternativement des disques en fibre non perforés 30 et des rondelles en fibre 31, mais les disques 30 et les rondelles 31 ont tous le même diamètre, s'adap- tant à l'intérieur du tube 1 avec un léger jeu, et les rondelles
31 n'ont pas de fente, comme indiqué à la figure 5, ne pouvant donc être comprimées de façon notable. Si on le désire, les dis- ques 30 peuvent avoir un diamètre plus petit que celui des ron- delles 31, dans le but d'augmenter la turbulence des gaz.
Dans cette forme d'exécution de l'invention, des rainures radiales 32 sont pratiquées sur une face des rondelles 31, pour que les gaz puissent atteindre le centre des rondelles. Les disques 30 et rondelles 31 sont empilés librement dans le tube 1 de la même fa- çon que les disques et rondelles de la figure 1, et il est clair que le fonctionnement de cette forme d'exécution est semblable à celui décrit plus haut. C'est-à-dire que, lorsqu'on arc se produit dans l'espace restreint entre l'empilage de disques et de ron- delles, et la paroi du tube 1, les gaz produits sur la trajec- toire étroite de l'arc s'écoulent par les rainures 32 dans les ouvertures des rondelles 31, de manière à diminuer la pression et à séparer les rondelles et les disques entre eux afin de réduire encore la pression.
La figure 6 montre une autre variante de rondelle 33 pou- vant être utilisée dans le dispositif de la figure 4. La rondelle
33 est semblable à la rondelle 31 sauf que les deux faces sont pourvues d'une quantité de rainures ou renfoncements radiaux peu profonds 34. Ces rainures 34 peuvent être facilement réalisées par emboutissage, de sorte que la rondelle 33 a un prix de revient inférieur à celui de la rondelle 31 dans laquelle les rainures 32 doivent être découpées séparément. Les rondelles 33 sont mon- tées avec les disques 30 de la manière indiquée à la figure 4,
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et le fonctionnement du dispositif est le même qu'auparavant.
La figure 7 représente encore une autre variante de l'invention, dans laquelle on utilise des rondelles 35 et des disques 36 représentés respectivement aux figures 8 et 9. Dans cette forme d'exécution, les rondelles 35 et les disques 36 ont le même diamètre, et ont tous deux des doigts ou tétons 37 s'étendant radialement. Les rondelles 35 et les disques 36 sont empilés alternativement et librement dans le tube en fibre 1 ( voir figure 7) comme l'empilage de la figure 1. Les doigts 37 maintiennent les rondelles 35 et les disques 36 écartés de la paroi du tube 1 et centrés dans celui-ci, laissant un léger jeu radial pour le passage de l'arc entre les disques et rondelles et le tube 1. En procédant à l'empilage, on place les doigts 37 de deux éléments voisins en quinconce (voir figure 7), pour permettre un écoulement libre des gaz dans le sens axial.
Les rondelles 35 sont pourvues de rainures radiales 38 sur une face, pour laisser les gaz atteindre les ouvertures centrales des ron- delles, comme dans les réalisations décrites précédemment. Il est évident que le fonctionnement du dispositif de la figure 7 est le même que dans les cas ci-dessus. Cette dernière disposition a l'avantage, cependant, de maintenir, grâce aux têtons 37, les rondelles 35 et les disques 36 centrés dans le tube 1, de sorte que ces éléments ne peuvent pas se mettre sur le côté sous l'effet de hautes pressions de gaz; ainsi, l'étroitesse de la trajectoire de l'arc est maintenue sans élargissement pendant les décharges, à l'opposé des autres formes d'exécution de l'invention, dans lesquelles les rondelles et les disques peuvent être poussés sur le côté contre la paroi opposée du tube 1.
Il ressort clairement de la description ci-dessus que l'invention procure un parafoudre à expulsion ayant de très bonnes caractéristiques d'interruption de courant, mais dans lequel l'établissement de pressions de gaz excessives est évité par les moyens mis en oeuvre pour abaisser la pression des gaz, en permet- @
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tant aux gaz de s'épandre dans des volumes d'emmagasinage à l'in- térieur du parafoudre. L'empilage mibre de pièces plates, circu- laires entre les électrodes forme un passage étroit pour l'arc, de manière à assurer les caractéristiques d'interruption désirées, tout en permettant l'abaissement de la pression des gaz, de ma- nière à empêcher l'établissement de pressions élevées dangereuses pouvant entraîner l'éclatement du parafoudre.
REVENDICATIONS .
1.- Appareil de protection contre les tensions excessives comprenant un dispositif tubulaire isolant ayant une paroi in- térieure cylindrique en une matière capable d'émettre des gaz en présence d'un arc électrique, et une paire d'électrodes métal- liques pénétrant dans les bouts opposés du dispositif tubulaire isolant, une des électrodesayant un dégagement, caractérisé en ce qu'une série de pièces plates, circulaires en matière isolante, pouvant émettre des gaz en présence d'un arc électrique, sont empilées librement dans le dispositif tubulaire entre les faces- électrodes des électrodes précitées, la hauteur de l'empilage étant inférieure à la distance séparant les faces électrodes de manière à permettre aux pièces circulaires de se mouvoir axialement dans le dispositif tubulaire.