BE524458A - - Google Patents

Description

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   LICHT-UND VAKUUMTECHNIK   G.m.b.H.   résidant à WITTEN-ANNEN (Allem agne) . 



    @   TUBE DE DECHARGE DE COURANTS INTENSES REMPLI DE GAZ, A UTILISER COMME 
PARAFOUDRE. 



   (Inventeur :R. Wehnelt). 



   L'invention est relative à un tube de décharge de courants intenses devant être utilisé comme parafoudre, construit en verre,quartz, matières céramiques ou également en métal, rempli de gaz, en particulier de gaz noble. 



   Des tubes de décharge de ce genre ont été construits sous de nombreuses formes de réalisation en se basant sur des principes physiques les plus divers. Mais il a été démontré que les tubes   de décharge   connus ne conviennent plus aux très hautes exigences actuelles, concernant notamment une charge permanente élevée, une charge de choc excessivement élevée et une constance très grande de la tension d'allumage, également après des charges répétées. 



   Il n'est pas nouveau non plus d'utiliser dans des tubes de décharge à gaz des électrodes métalliques, dont la surface extérieure active est entièrement ou partiellement   recouverte de   substances d'activation par exemple de composés alcalins ou alcalinoterreux ou dont l'espace intérieur est partiellement rempli de substances de ce genre. Par -cette activation, là tension d'allumage est réduite et la capacité de charge augmen-   tée.   



   Les tubes de décharge à gaz connus de ce genre ont toutefois encore l'inconvénient qu'en cas de dépassement de la limite de charge, il se produit également sur les surfaces non-activées des électrodes, des décharges par arc électrique qui, par suite de la caractéristique de l'arc 

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 et de la migration ou des sauts de ses points de décharge, occasionnent des fluctuations indésirables de la tension de combustion et constituent par suite du grand dégagement de chaleur, un danger pour les parois du ré- cipient de décharge constituées le plus souvent de verre. 



   L'invention a pour but de créer un tube de décharge de courants intenses de petites dimensions, qui d'une part est de construction simple et par conséquent bon marché, et qui surtout pour les tensions de combus- tion les plus basses et les surfaces d'électrodes les plus petites, dissi- pe des courants intenses permanents ou de chocs, sans que ses propriétés de dissipation ne se modifient par suite d'un échauffement exagéré des pièces individuelles. 



   Conformément à l'invention, ce problème est résolu du fait que les électrodes ayant la forme de corps creux métalliques - par exemple   de cylindre creux, calottes sphériques ou analogues - d'une résistance spécifique d'environ 0,5 ohm mm /m ou moindre, disposées les unes en face   des autres à une distance de 0,5-2 mm, ne sont recouvertes d'une couche d'activation réduisant la tension d'allumage et de combustion que sur leurs surfaces intérieures,et que les dimensions des espaces creux d'électrodes limités par les surfaces intérieures, sont réglées d'après lanature et la pression du gaz de remplissage de manière qu'il en résulte un effet typi- que de cathode creuse,c'est-à-dire une ionisation intense des espaces creux des électrodes,

   tandis que les surfaces activées extérieures des élec- trodes peuvent être recouvertes d'une couche de protection. 



   Conformément à l'invention, il est avantageux d'utiliser comme couche de protection de la surface extérieure des électrodes une envelop- pe consistant en une matière mauvaise conductrice de la chaleur, possédant de préférence également des propriétés électriques isolantes et entourant étroitement les électrodes, et de munir celles-ci de conducteurs de rac- cord ayant la même conductibilité ou bien une conductibilité plus élevée que les corps d'électrodes. 



   Il est en effet résulté d'essais effectués avec soin que la capacité de charge de parafoudres à cathodes creuses peut augmenter de façon notable si on recouvre les surfaces extérieures d'enveloppe des élec- trodes creuses par des substances non conductrices ou mauvaises conductrices de l'électricité (matières céramiques, comme l'oxyde d'aluminium, etc.) car de cette façon d'une part la décharge demeure limitée aux espaces creux des électrodes et par conséquent une décharge vers l'extérieur est exclue, et en outre un rayonnement de chaleur sur les parois du vase de décharge est évité et par conséquent des dégâts au tube par dilatation thermique sont évités.

   La bonne conductibilité des conducteurs de rac- cord des électrodes permet une dissipation rapide de la quantité de cha- leur libérée dans le tube de décharge vers les raccords extérieurs et pièces de contact qui peuvent dissiper la chaleur au milieu environnant. 



   Une construction s'est montrée particulièrement avantageuse, dans laquelle deux ou plusieurs électrides sont entourées d'une enveloppe isolante commune, qui s'étend en tout ou en partie au-dessus de la surface extérieure des électrodes et qui en même temps centre les électrodes l'une par rapport à l'autre, et la distance entre la surface extérieure des élec- trodes et l'enveloppe isolante qui les entoure limitant la décharge entre les électrodes à l'espace intérieur et protégeant la paroi extérieure du tube de décharge contre un échauffement exagéré, est inférieure à la dis- tance entre les électrodes. 



   La dissipation de la chaleur aux raccords extérieurs est amé- liorée conformément à l'invention, en construisant les corps d'électrodes et leurs conducteurs de raccord en une pièce de même matière, ou bien en 

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 construisant les conducteurs de raccord des électrodes en une matière ayant des conductibilités calorifique et électrique particulièrement bonnes et en les reliant aux corps d'électrodes - de préférence par soudure - de manière que l'endroit de raccord présente une résistance aussi faible que possible aux passages de l'électricité et de la chaleur. 



   En outre, les conducteurs de raccord des électrodes sortant du récipient peuvent avantageusement être reliés à des pièces de raccord de grandes surfaces, rayonnant la chaleur ou posséder eux-mêmes des surfaces de refroidissement spéciales, servant à la dissipation de la chaleur 
Une réduction de l'inertie à l'allumage du récipient de décharge peut s'obtenir si on ajoute aux matières contenues dans la couche d'activation des composés radioactifs de terres rares, alcalins ou alcalinoterreux ou - si on dispose de façon connue en soi - des matières radioactives dans le champ de l'espace de décharge de manière que l'effet désiré de préionisation se produise. 



   Pour augmenter la capacité de charge de courant du récipient de décharge tout en maintenant une tension d'allumage basse, il est recommandé d'introduire dans les électrodes creuses suivant les conditions de combustion et de marche désirées, des insertions d'un métal ne fondant qu'à une température très élevée, par exemple du molybdène, qui ne touchent les corps d'électrodes que suivant des lignes ou des points. 



   Ces insertions peuvent, aux températures élevées qu'elles prennent pendant la charge du tube, émettre des électrons qui, quand la décharge est terminée, désionisent l'espace de décharge et empêchent ainsi un nouvel allumage du tube à de basses tensions. 



   En conséquence, on construit les insertions en tôles minces ou en fils, demanière qu'au cours du passage du courant à travers le tube de décharge, ils s'échauffent rapidement à la température d'émission. 



   La capacité de charge des électrodes creuses munies d'insertions de ce genre peut encore être augmentée davantage si on recouvre totalement ou en partie les insertions d'une couche d'activation. 



   En utilisant des insertions spéciales dans les cathodes creuses il peut être avantageux de construire l'électrode creuse proprement dite, présentant d'ordinaire comme cathode creuse une section circulaire, en lui donnant une autre section, différant de la forme circulaire, et de donner aux insertions une forme telle que les espaces creux formés entre la paroi intérieure des électrodes et les insertions présentent également l'ionisation intensifiée d'une cathode creuse connue. 



   Une insertion de tôle peut avantageusement avoir, par exemple, une section correspondant à un nombre quelconque d'épicycloïdes symétriques, dont les arcs creux produisent l'effet cité de cathodes creuses avec la paroi intérieure des électrodes creuses ayant une forme correspondante. 



   Mais l'insertion peut également consister en une spirale de fil conique dont la base se trouve au fond de l'espace creux des électrodes et dont la pointe se dispose environ dans le plan de leur ouverture. 



   Des tubes de décharge construits conformément à l'invention, ont des tensions de combustion inférieures à 20 volts, même pour des courants de décharge intenses. Les tensions de combustion demeurent pratiquement constantes et l'échauffement du tube est faible. 



   Par l'emploi de substances radioactives, par exemple comme ad- 

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 dition à la masse d'activation ou aux métaux destinés à la fabrication des insertions, on obtient une préionisation telle de l'espace de décharge que le retard à l'allumage est inférieur à une microseconde. Dans ce cas, il peut être particulièrement avantageux d'allier au métal des insertions un isotope radioactif du métal servant à la fabrication des insertions. 



   Plusieurs conducteurs appartenant à un système, dont les surtensions doivent être dissipées vers une électrode de terre commune, sont raccordés de préférence à des cathodes creuses qui sont disposées dans un tube de décharge unique, c'est-à-dire sous la même pression de gaz symétriquement par rapport à une autre électrode (électrode de terre). 



   L'électrode de terre consiste dans ce cas, conformément à l'invention, en un corps métallique unique, dans lequel sont prévus plusieurs orifices. Ces orifices fonctionnant comme cathodes creuses peuvent communiquer à l'intérieur de l'électrode de terre si la disposition des électrodes conductrices s'effectue dans un même plan et en étoile par rapport à l'électrode de terre. On réalise ainsi la possibilité d'une compensation directe des surtensions entre les électrodes conductrices situées à l'extérieur. La décharge se produit alors à travers les orifices communiquants de l'électrode de terre centrale. 



   Dans des réseaux à courant continu, dans lesquels existe une polarité déterminée, il est préférable de construire au moins une électrode sous forme d'anode massive de manière qu'il se produise dans le conducteur de dissipation un effet de redressement. 



   L'invention est représentée à titre d'exemple sur le dessin. 



   La Fig. 1 représente un tube de décharge de courants intenses à deux cathodes creuses. 



   La Fig. 2 est une réalisation particulière d'une cathode creuse avec insertion de tôle. 



   La Fig. 3 est une autre forme de réalisation d'une cathode creuse à insertion de fil en forme de spirale. 



   Les Figs. 4 et 5 représentent chacune une coupe à travers un système à cinq électrodes dans lequel quatre électrodes conductrices sont disposées en étoile autour d'une électrode de terre centrale. 



   La Fig. 4 est une coupe suivant la ligne   IV-IV   de la Fig. 5 vue dans le sens de la flèche dessinée sur la ligne de coupe. 



   La Fig. 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la Fig.   4,   également dans le sens de la flèche dessinée sur la ligne de la coupe. 



   Le tube de décharge de courants intenses représenté sur la Fig. 



  1 comprend deux électrodes 1, 2 ayant la forme de cathodes creuses et dont les conducteurs de raccord 3, 4 traversent la paroi du tube de verre 5 vers l'extérieur. Le tube 5 porte une tubulure de pompe 6 qui sert à la production de vide et qui est fermée après remplissage du tube par un gaz noble par exemple du néon ou de l'argon. Les deux électrodes 1,2 sont protégées sur leur face extérieure du côté de l'enveloppe du tube par une enveloppe commune 7 constituée de matière céramique. L'enveloppe 7 protège l'enveloppe du tube contre un échauffement trop intense et empêche en même temps la production de décharges électriques sur les faces extérieures des électrodes.

   On peut mélanger à l'enveloppe céramique 7 des substances de grilles qui contribuent au maintien de la composition désirée du remplissage de gaz dans le tube de décharge. 

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   La cathode creuse 8 représentée sur la Fig. 2, qui ne forme qu'une pièce avec son conducteur de raccord 9, porte dans son espace creux cylindrique une insertion 10 qui consiste de préférence en un métal fondant à très haute température, par exemple du molybdène. L'insertion 10 a une section en forme d'étoile, de sorte qu'à l'intérieur de la cathode creuse
8, il se forme cinq espaces individuels fonctionnant chacun comme cathodes creuses. L'insertion 10 n'est reliée à la cathode creuse elle-même qu'en un petit nombre de points 11. Les surfaces de contact entre l'électrode 8 et l'insertion 10 sont maintenues aussi petites que possible pour rendre plus difficile un passage direct du courant dans l'insertion. 



   La Fig. 3 représente une cathode creuse 12 dans laquelle est introduite une insertion 14 de fil enroulé en forme de spirale conique. La base du cône de la spirale est disposée à l'intérieur de la cathode creuse sur la face de fond, dont la face extérieure est reliée au conducteur de raccord 13 de la cathode creuse 12. 



   Les Figs. 4 et   5   représentent un système d'électrode pour tube de décharge de courants intenses muni de cinq électrodes. Le tube de décharge entourant les électrodes a été enlevé. Les quatre électrodes extérieures ou électrodes conductrices 15, dont le conducteur de raccord 16 traverse la paroi du tube vers l'extérieur, sont disposées en étoile dans un même plan autour de l'électrode centrale 17. Celle-ci consiste en une pièce métallique unitaire dans laquelle deux orifices 17a, 17b se croisent à angle droit. Les quatre saillies cylindriques de l'électrode centrale 17 ont le même diamètre extérieur que les cathodes creuses 15 disposées à l'extérieur.

   Celles-ci sont centrées par rapport aux saillies par des enveloppes céramiques 18 retournées sur elles qui s'étendent jusqu'au-dessus des saillies cylindriques de l'électrode centrale 17; elles sont centrées par rapport à ces saillies et protégées du côté extérieur. Pour la protection de l'électrode centrale 17 vers le haut et vers le bas, on peut prévoir d'autres plaques de protection 19,20 à partir desquelles la plaque supérieure 20 est fixée au moyen d'un prolongement 20a de la face supérieure de l'électrode 17 tandis que la plaque inférieure 19 présente un orifice central traversé par le conducteur de raccord 21 de l'électrode centrale. 



   Comme on le voit d'après les figures, l'espace total formé par les cathodes creuses 15 et les orifices 17a, 17b dans l'électrode centrale 17 fonctionne à la manière d'une cathode creuse. Il s'y établit, suivant la grandeur et le sens de la tension, une ionisation intense. Sur la face intérieure, les cathodes creuses 1, 2 aussi bien que les surfaces intérieures des électrodes 8, 12, 15 et 17 peuvent être recouvertes de masse d'activation. De même, les tôles d'insertion 10 ou la spirale 14 peuvent porter une couche d'activation extérieure qui recouvre entièrement les surfaces des insertions ou éventuellement seulement leur partie inférieure disposée au fond de la cathode creuse. Des substances radioactives peuvent être introduites dans la couche d'activation mais elles peuvent également l'être dans les électrodes au voisinage de l'espace de décharge. 



   Le tube de décharge de courants intenses conforme à l'invention peut supporter aussi bien de hautes charges permanentes que des chocs de courant les plus intenses. Les dimensions de tube peuvent être maintenues très petites car son enveloppe extérieure est suffisamment protégée par l'enveloppe isolante contre l'action d'arcs électriques et du rayonnement calorifique des électrodes. La chaleur dégagée à l'intérieur de cette enveloppe est dissipée vers l'extérieur par les conducteurs de raccord construits très épais et elle peut être dissipée au voisinage des contacts par une construction appropriée des endroits de raccord.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1. Tube de décharge de courants intenses, spécialement.pour l'emploi comme parafoudre, muni d'électrodes construites sous forme de corps creux - par exemple des cylindres creux, calottes sphériques ou analogues - ayant une résistance spécifique d'environ 0,5 Ohm mm2/m ou moindre, dis- posées vis-à-vis les unes des autres à une distance de 0,5-2 mm.

   caracté- risé en ce que les électrodes ne sont recouvertes que sur leurs faces in- térieures d'une couche d'activation abaissant la tension d'allumage et de combustion, et en ce que les dimensions des espaces creux des électrodes limités par les surfaces intérieures sont déterminées d'après la nature et la pression du gaz de remplissage de manière à obtenir un effet type de cathode creuse, c'est-à-dire une ionisation intense des espaces creux des électrodes, tandis que les surfaces extérieures non activées des électro- des, peuvent être recouvertes d'une couche de protection.

   2. Tube de décharge de courants intenses suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'une enveloppe en matière mauvaise conductrice de la chaleur, de préférence également isolante de l'électrdcité entoure étroitement les électrodes, et en ce que celles-ci sont munies de conduc- teurs de raccord ayant la même conductibilité ou une conductibilité plus élevée que les corps d'électrodes.

   3. Tube de décharge de courants intenses suivant la revendica- tion 2, caractérisé en ce que deux ou plusieurs électrodes sont entourées par une enveloppe isolante commune s'étendant entièrement ou partiellement au-dessus de la surface extérieure des électrodes, et servant en même temps au centrage des électrodes l'une par rapport à l'autre.

   4. Tube de décharge de courants intenses suivant la revendica- tion 3, caractérisé en ce que -la distance entre les surfaces extérieures des électrodes et l'enveloppe isolante qui les entoure, qui limite la dé- charge entre les électrodes à leur espace intérieur et qui protège la pa- roi extérieure du tube de décharge contre un échauffement exagéré, est in- férieure à la distance entre les électrodes.

   5. Tube de décharge de courants intenses suivant les revendica- tions 1 à 4 caractérisé en ce que les corps d'électrodes et leurs conduc- teurs de raccord sont constitués d'une seule pièce de la même matière.

   6. Tube de décharge de courants intenses suivant les revendica- tions 1 à 4 caractérisé en ce que les conducteurs de raccord des électro- des consistent en une matière ayant des conductibilités électriques et thermique particulièrement bonnes, et sont reliés aux corps d'électrodes, de préférence par soudage, de manière que l'endroit de raccord présente une résistance aussi faible que possible au passage de-l'électricité et de la chaleur.

   7. Tube de décharge de courants intenses suivant les revendi- cations 1 à 6 caractérisé en ce que les conducteurs de raccord des élec- trodes sortant du tube sont reliés à des pièces de raccord de grandes sur- faces rayonnant la chaleur ou bien présentent eux-mêmes des surfaces de refroidissement particulières servant à la dissipation de la chaleur.

   8. Tube de décharge de courants intenses suivant la revendica- tion 1, caractérisée en ce qu'on ajoute aux substances formant la couche d'activation sur les surfaces intérieures des électrodes des composés ra- dioactifs de terres rares, alcalins on alcalinoterreux ou bien qu'on dis- pose des matières radioactives dans le champ de l'espace de décharge entre les électrodes de manière à produire une préionisation de cet espace. <Desc/Clms Page number 7>

   9. Tube de décharge de courants intenses suivant la revendication 1 et/ou l'une des suivantes, caractérisé en ce qu'on introduit dans l'espace intérieur des cathodes creuses des insertions en métal ne fondant qu'à de très hautes températures par exemple du molybdène, qui ne touchent les corps d'électrodes que suivant des lignes ou des points.

   10. Tube de décharge de courants intenses suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les insertions consistent en tôle ou en fils et n'ont qu'une épaisseur telle qu'elles se chauffent à la température d'émission quand on fait passer le courant à travers le tube.

   11. Tube de décharge de courants intenses suivant les revendications 9 et/ou 10 caractérisé en ce que les insertions sont entièrement ou partiellement recouvertes d'une couche d'activation.

   12. Tube de décharge de courants intenses suivant les revendications 9 à 11 caractérisé en ce que la section des électrodes creuses présentent une forme quelconque, différant de la forme circulaire, qui produit également l'ionisation renforcée d'une cathode creuse usuelle.

   13. Tube de décharge de courants intenses suivant la revendication 9 et/ou une des suivantes, caractérisé en ce que l'insertion des cathodes creuses, qui consiste en une tôle mince, présente une section qui réside en arcs d'épicycloïdes.

   14. Tube de décharge de courants intenses suivant la revendication 9 et/ou l'une des suivantes, caractérisé en ce que l'insertion des cathodes creuses qui consiste en fils a la forme d'une spirale conique, dont la base se trouve au fond de l'espace creux des électrodes et dont le sommet est disposé environ dans le plan de l'ouverture des électrodes.

   15. Tube de décharge de courants intenses suivant la revendication 8 et/ou l'une des suivantes, caractérisé en ce que la quantité d'addition radioactive à la couche d'activation ou bien la quantité de matière radioactive introduite dans le champ de l'espace de décharge est telle qu'on obtient une préionisation donnant un retard à l'allumage inférieur à une microseconde.

   16. Tube de décharge de courants intenses suivant la revendication 8 et/ou l'une des suivantes caractérisé en ce que la quantité d' une substance radioactive nécessaire à l'obtention d'un retard à l'allumage inférieur à une microseconde, est introduite dans les insertions métalliques à l'intérieur des électrodes, par exemple en y étant alliée.

   17. Tube de décharge de courants intenses suivant la revendication 1 et/ou l'une des suivantes, caractérisé en ce qu'on dispose dans un tube de décharge unique trois ou plus de trois électrodes de cathodes creuses symétriquement par rapport à une électrode supplémentaire.

   18. Tube de décharge de courants intenses suivant la revendication 17, caractérisé en ce qu'une des électrodes utilisée de préférence comme électrode de terre, présente plusieurs cathodes creuses dans un corps métallique unitaire.

   19. Tube de décharge de courants intenses suivant les revendications 17 et 18 caractérisé en ce que les électrodes individuelles disposées symétriquement par rapport à une électrode de terre sont disposées en étoile dans un même plan autour de l'électrode centrale entourant le nombre correspondant de cathodes creuses communiquant entre elles.

   20. Tube de décharge de courants intenses suivant la revendica- <Desc/Clms Page number 8> tien 1 et/ou l'une des suivantes, en particulier pour l'emploi dans des réseaux à courant continu, caractérisé en ce qu'il existe au moins une anode massive permettant la production d'un effet de redressement.