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La présente invention a trait au dessin de traversées de cou- rant pour récipients à décharge lumineuse, notamment pour récipients com- portant des intervalles de protection débouchant vers l'intérieur du réci- pient.
On connaît déjà un certain nombre de réalisations de traversées de courant avec intervalles de protection. Les différentes propositions à ce sujet tendent toujours à protéger les isolateurs, toujours nécessaires pour ces traversées de courant dans des récipients conducteurs à décharge, contre les influences destructrices des décharges lumineuses sur leurs sur- faces et notamment aux endroits de passage isolateur-conducteur intérieur, en faisant appel à des mesures correspondantes. On se sert alors surtout d'intervalles de protection s'étendant entre les parties sous tension, res- pectivement du conducteur ou des parois du récipient, ces intervalles de- vant éviter la formation de décharges lumineuses ou devant les éloigner des endroits de passage isolateur-métal.
Ces intervalles de protection remplissent le plus souvent leur rôle tant que la pression gazeuse dans le récipient de décharge est assez basse et que, de ce fait, la course libre des porteurs de charge est plus grande que la largeur de l'intervalle, étant donné qu'on évite alors une décharge lumineuse à l'intérieur d'un tel intervalle de protection. Cepen- dant, dans le cas de récipients de décharge avec une pression gazeuse supé- rieure à environ 1 mm Hg, et, notamment, dans le cas d'une atmosphère con- stituée par des gaz lourds, il n'est plus possible, pour des raisons de construction et de fabrication, de réduire la largeur des intervalles de protection à des valeurs si faibles que la course libre des porteurs de char- ge dépasse la largeur de l'intervalle.
Avec ces pressions gazeuses relati- vement plus élevées, il faut plutôt compter avec une pénétration au moins partielle de la décharge lumineuse dans l'intervalle de protection le long des pièces métalliques sous tension. Pour les conditions d'exploitation de ce genre- la présente invention se rapportant à ces conditions- on a déjà proposé des mesures concernant la conformation de l'intervalle de protec- tion, par exemple une discontinuité à l'intérieur de cet intervalle, ces mesures devant provoquer une interruption de la bordure lumineuse dans l'in- tervalle de protection avant que cette dernière ne s'approche trop des en- droits de passage isolateur-métal.
Il est vrai qu'on peut ainsi obtenir une protection de ces endroits de passage ; cependant, la pénétration de la bordure lumineuse est inévitable sur une certaine distance à l'intérieur de l'intervalle de protection. Or, après un temps d'exploitation assez court, cela provoque des dérangements étant donné que, déjà une décharge lumineu- se faible produit un enlèvement de poudre, des parties métalliques, qui, se déposant sur les isolateurs, provoque des pontages en raison des faibles largeurs d'intervalle.
La présente invention évite ces inconvénients sur les traversées de courant dans les récipients à décharge lumineuse avec intervalles de pro- tection débouchant vers l'intérieur du récipient. L'invention est carac- térisée à cet effet en ce que les intervalles de protection sont constitués par deux groupes répondant à des conditions différentes, dont un premier groupe d'intervalles d'électrode entre les parties de l'électrode sous ten- sion, d'une part, et les isolateurs ou les parties isolées, d'autre part, et d'intervalles neutres limités des deux cotés des isolateurs ou des par- ties isolées, et d'intervalles de carter entre, d'une part, les parties du carter et, d'autre part, les isolateurs ou les parties conductrices iso- lées,
et un deuxième groupe d'intervalles de séparation entre les parties d'électrodes et les parties du carter, ces derniers intervalles étant com- parativement plus larges que les autres intervalles. Chaque intervalle de séparation débouche alors, à une extrémité, vers l'intérieur du récipient
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et touche, à l'autre extrémité, à au moins un intervalle d'électrode du premier groupe.
L'invention est exposée, dans ce qui suit, à l'aide de quelques exemples de réalisation, avec référence aux fig. 1 à 6 des dessins annexés.
Chacune de ces fig. représente, à titre d'exemple, une coupe longitudinale schématique d'une traversée de courant, les joints d'étanchéité et d'autres pièces usuelles n'ayant pas été représentés.
La fig. 1 montre le principe de construction d'une traversée de courant à l'aide d'une réalisation particulièrement simple. L'électrode sous tension est alors représentée par un conducteur intérieur 10, par exemple cylindrique, qui est entouré concentriquement par un isolateur 11 qui l'isole par rapport au carter métallique 12. L'extrémité inférieure, se trouvant en dehors du carter 12, du conducteur intérieur 10, est raccor- dée à une source de courant (non représentée) et relie cette dernière à une pièce à usiner ou à un élément analogue (non représenté) disposé à l'ex- trémité supérieure du conducteur intérieur 10, ladite pièce se trouvant à l'intérieur du récipient 12 et devant être trâitée dans ce récipient à l'aide d'une décharge lumineuse.
Le conducteur intérieur 10 peut être creux et être doté d'un refroidissement par l'eau (non représenté).
Une douille métallique 13 reliée électriquement au carter 12 est disposée d'une façon concentrique par rapport au conducteur intérieur 10 et entoure la partie de l'isolateur 11 faisant saillie vers l'intérieur du récipient, cette douille étant alors sur tous les cotés en contact avec les parois de l'isolateur 11. Dans le sens axial, cette douille métallique 13 dépasse l'isolateur 11, et son bord orienté vers l'intérieur du réci - pient forme un intervalle de séparation 14 par rapport au conducteur 10.
Cet intervalle de séparation 14, entourant d'une façon annulaire le conduc- teur intérieur 10, débouche, à une extrémité, dans l'intérieur du récipient, et est limité, à l'autre extrémité, par la face frontale de l'isolateur 11, et il se prolonge à cet endroit par un étroit intervalle d'électrode 16 en- tourant le conducteur,intérieur 10. Cet intervalle d'électrode protège le lieu de passage entre le conducteur intérieur 10 et l'isolateur 11 qui se trouve au fond de l'intervalle d'électrode 16 et qui est accessible à l'at- mosphère gazeuse, contre une bordure lumineuse qui pourrait pénétrer dans l'intervalle d'électrode 16 le long de la face extérieure du conducteur in- térieur, à condition que le rapport de la longueur axiale de l'intervalle par rapport à sa largeur radiale ait été choisi d'une façon convenable.
Le rapport nécessaire de longueur: largeur de l'intervalle d'é- lectrode devrait être au moins égal à 10 : 1 en vue de garantir un appau- vrissement progressif en ions dans le sens longitudinal de l'intervalle par suite de la plus grande résistance au transport des porteurs de charge de sorte que la décharge lumineuse est entièrement supprimée après une frac- tion de la longueur de l'intervalle.
Dans le cas d'une traversée de courant selon la fig. 1, le con- ducteur intérieur 10 est couvert d'une lueur de décharge à l'intérieur de l'intervalle de séparation 14, ce conducteur formant normalement la cathode, d'une façon permanente en service avec du courant continu, et d'une façon périodique en service avec du courant alternatif. La largeur plus grande de l'intervalle de séparation 14 par rapport à l'intervalle d'électrode 16 donne aussi une garantie suffisante contre un pontage entre le conducteur intérieur 10 et la douille métallique 13 même dans 1 cas d'un fort dépôt de poussière sur la paroi intérieure de la douille 13, ou encore dans le cas d'une formation d'écailles et de perles de dépôt qui est le plus souvent inévitable dans les grands récipients de décharge lumineuse.
Or, pour le dimensionnement de la largeur de l'intervalle de séparation, il faut encore
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considérer que la quantité de matière détachée sous forme de poussière du conducteur intérieur 10 et déposée sur la face intérieure de la douille 13 par unité de temps et de surface est fonction de la distance. Pour des conditions d'exploitation données (pression gazeuse, température, tension des électrodes par rapport au carter, nature du gaz, etc...), cette fonc- tion du dépôt présente un maximum três net pour une certaine largeur d'in- tervalle avec une forte chute des deux côtés de ce maximum. Il importe donc de donner à la largeur de l'intervalle une valeur nettement plus gran- de ou plus petite que cette largeur correspondant au maximum de dépôt.
On a pu constater, par exemple, pour une pression gazeuse d'environ 5 mm Hg, pour une tension d'environ 450 V entre le conducteur intérieur 10 et la douille métallique 13, pour une atmosphère de nitrogène/hydrogène et pour une largeur d'intervalle d'environ 0,8 mm, le dépôt par unité de surface est maximum, tandis qu'avec une largeur d'intervalle de 0,3 ou respective- ment 2,4 millimètres, le dépôt dans le même temps ne s'élève qu'à 20 % de cette quantité.
La traversée de courant selon la fig. 1 présente l'inconvénient que l'endroit du passage isolateur-carter, la face frontale de l'isolateur 11 et la face intérieure de la douille métallique 13 ne sont pas protégés et sont exposés au dépôt de poussière. Cet inconvénient est évité dans l'exemple de réalisation selon fig. 2, qui ressemble à celui de la fig. 1 mais qui présente encore un intervalle de carter 15 entre la face intérieure de la douille métallique 13 et la face extérieure de l'isolateur 11. Cet intervalle de carter 15 se trouve en série avec l'endroit du passage iso- lateur-carter et débouche à l'autre extrémité dans l'intervalle de sépara- tion 14.
Si son rapport longueur axiale sur largeur radiale est au moins 2 : 1, cet intervalle de carter empêche une précipitation sensible de pous- sière métallique à l'endroit de passage devant être protégé. Sous des con- ditions normales d'exploitation, c'est-à-dire s'il se forme une bordure lu- mineuse sur la face extérieure du conducteur intérieur 10 à l'intérieur de l'intervalle de séparation 14, il n'est pas possible d'éviter un dépôt mé- tallique sur la face frontale annulaire de l'isolateur 11 limitant l'inter- valle de séparation 14. Cependant, la profondeur de pénétration dans l'in- tervalle de l'électrode 16 ou respectivement de ce dépôt dans l'intervalle de carter 15 est trop faible pour que des effets défavorables puissent se produire.
L'intervalle d'électrode et aussi l'intervalle de carter peuvent s'étendre aussi bien dans le sens axial que dans le sens radial ou se com- poser de parties axiales et radiales. L'exemple de réalisation selon la fig. 3 fait ressortir un intervalle d'électrode 20a et 20b composé de cette sorte ; pour le reste, cet exemple ressemble à celui de la fig. 2. Il com- porte le conducteur intérieur 17, la tige cylindrique conductrice 18, l'iso- lateur cylindrique 19, un intervalle d'électrode axial et radial, respecti- vement 20a et 20b, un intervalle de séparation 21,une douille métallique 13 et un intervalle de carter 15.
La fig. 4 représente un autre exemple de réalisation avec un conducteur intérieur 22 relié à la source de courant et représentant l'élec.. trode, cette électrode portant une collerette conique métallique 23 et en- suite une tige cylindrique 24. Le conducteur intérieur est entouré d'un isolateur cylindrique 25 et est isolé par rapport au carter métallique 12.
Le diamètre de l'isolateur 25 correspond approximativement à la surface de base de la collerette conique 23 et sa face frontale forme avec cette sur- face de base un intervalle d'électrode 26 s'étendant radialement. Le con- ducteur intérieur 22 avec la collerette conique 23 et la tige cylindrique 24, et l'isolateur 25 sont entourés concentriquement par une douille métalli- que 13 qui est en contact électrique avec le carter 12. Le diamètre inté-
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rieur de cette douille métallique 13 est plus grand que le diamètre exté- rieur de l'isolateur 25, et, dans le sens axial, elle dépasse la collerette conique 23 mais non la tige cylindrique 24.
Ainsi, est formé un intervalle de séparation 27 qui se rétrécit dans la direction de l'intervalle d'élec- trode 26 et qui se trouve entre l'extrémité libre de la douille métallique 13 et les parties cylindrique et conique, respectivement 24 et 23.
L'intervalle de séparation annulaire 27 débouche du côté de son extrémité large vers l'intérieur du récipient, tandis que l'extrémité ré- trécie est limitée aussi bien par l'intervalle radial d'électrode 26 que par l'intervalle de carter 28a, formé entre l'isolateur 25 et la face inté- rieure de la douille 13. La douille métallique 13 comporte dans ce cas un logement annulaire destiné à recevoir un anneau isolant 29 dont l'épaisseur correspond sensiblement à la profondeur du logement mais qui ne remplit pas entièrement ce logement dans le sens axial.
Par conséquent, il est formé à l'extrémité de l'anneau isolant un intervalle radial de carter 30 orienté vers l'intérvalle de séparation 27, cet intervalle se trouvant en face de la face intérieure du logement pratiqué dans la douille métallique 13 et débouchant dans l'intervalle cylindrique de carter 28a et dans son prolon- gement axial 28b et 28c.
De cette façon, l'intervalle cylindrique de carter 28a se prolon- ge dans l'intervalle radial 30 dans lequel aucun dépôt de poussière ne se produit sur les faces isolantes, même si un dép8t sensible dans la partie 28b de l'intervalle devait se produire. Finalement, l'ouverture de l'in- tervalle 27 du côté de l'intérieur du récipient est encore cachée par une collerette 31 reliée à la tige cylindrique 24, cette collerette s'opposant à la pénétration de corps étrangers.
La fig. 5 représente d'une façon schématique une forme de réali- sation de la traversée de courant qui assure une exploitation particulière- ment sûre. Le conducteur intérieur cylindrique 35, relié à la source de tension, porte une tige métallique cylindrique 36 ; il est entouré par un isolateur cylindrique 37 et se trouve isolé par rapport au carter 12. L'i- solateur 37 comporte une rainure cylindrique 38 ouverte vers l'intérieur du carter, cette rainure présentant une section approximativement rectangulai- re et s'étendant concentriquement au conducteur intérieur 35.
La partie cylindrique de.'isolateur 37-se trouvant entre cette rainure 38 et le con- ducteur intérieur 35'présente les mêmes dimensions extérieures que,,la tige cylindrique 36 et forme avec cette dernière, par les faces frontales, un intervalle radial d'électrode 39.
Dans la rainure 38 se trouve, dans ce cas, un tube isolant 40 au-dessus duquel se trouve un tube métallique 41. de même diamètre et de même épaisseur. L'épaisseur radiale des tubes F40 et 41 est inférieure à la largeur de la rainure 38 de sorte qu'il se forme des deux cotes par rap- port aux parois de la rainure un intervalle cylindrique, respectivement 42a, 42b et 43a, 43b. La dimension du tube isolant 40 dans le sens axial est inférieure à celle de la rainure 38, tandis que le tube métallique 41 dépasse la rainure 38.
Dans ce cas encore, l'isolateur 37 est entouré par une douille métallique 44 en contact électrique avec le carter 12; cette douille dépas- se l'isolateur 37 et possède un col métallique 45 qui s'étend radialement vers l'intérieur jusqu'à la rainure 38, recouvre la face frontale de l'i - solateur 37 et forme avec ce dernier un intervalle radial de carter 46.
La largeur intérieure du col métallique 45 concorde avec le dia- mètre extérieur de la rainure 38, et la surface cylindrique intérieure du col métallique 45 forme avec la tige cylindrique 36 un intervalle cylin- drique annulaire de séparation 47. Ce dernier débouche, à une extrémité,
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vers l'intérieur du récipient et est alors caché par une collerette 31 s'op- posant à la pénétration de corps étrangers.
L'autre extrémité de l'intervalle de séparation 47 se prolonge par un intervalle cylindrique de carter 48, entre le col métallique 45 et le tube métallique 41 isolé, et par un intervalle cylindrique d'électrode
43a, entre ledit tube métallique 41 et la tige cylindrique 36. L'interval- le cylindrique de carter 48 se prolonge au-delà de l'intervalle radial de carter 46 par un intervalle cylindrique 42a et 42b, de même que l'intervalle cylindrique d'électrode 43a se prolonge au-delà de l'intervalle radial d'é- lectrode 39 dans l'intervalle cylindrique 43b.
L'ensemble tubulaire 40-41 à paroi relativement mince, logé dans la rainure 38, peut également être constitué entièrement en métal ou entiè- rement en matière isolante. Dans ce dernier cas, le bout du tube isolant dirigé vers l'intervalle de séparation est métallisé après une courte durée de service et devient ainsi conducteur, c'est-à-dire agit pratiquement exac- tement comme le tube métallique 41.
Dans le cas des exemples de réalisation selon les fig. 1 à 5, la douille métallique 13 ou le col métallique 45 forment la limite extérieure de l'intervalle de séparation respectivement 14 ou 21, et 27 ou 47, paral- lèlement au conducteur intérieur, respectivement 10 ou 17, et 22 ou 35.
Etant donné que cette paroi de l'intervalle de séparation présentera tou- jours un fort dépôt métallique, il peut arriver, dans le cas de traversées de courant occupant en service la position indiquée aux fig. 1 à 5 et pré- sentant une tendance à la formation d'écailles, que des particules métalli- ques de ce genre tombent. Il est vrai que l'agencement a été choisi d''une manière à rendre la pénétration dans un des intervalles d'électrode prati- quement impossible, mais il est possible qu'un des intervalles de carter soit encrassé de cette manière. Notamment, dans le cas d'une réalisation selon fig. 5, il y a un certain risque de pontage de l'intervalle de carter 48 par des particules métalliques de ce genre, si bien que le tube métalli- que 41 se trouve relié au carter 12.
En raison de l'étroitesse relative de l'intervalle d'électrode 43a, cela provoque une décharge qui est indésira- ble.
La fig. 6 représente une traversée de courant conformée selon le principe de l'exécution suivant la fig. 5 mais évitant les parois verti- cales de l'intervalle de séparation. Dans ce cas, le conducteur intérieur 50, relié à la source de tension, est entouré d'un isolateur cylindrique 51 et est isolé par rapport au carter 12. L'isolateur 52 possède une rainure radiale 52, de section approximativement rectangulaire, dans laquelle se trouve une rondelle mince 53, dont l'épaisseur axiale est inférieure à la largeur axiale de ladite rainure 52. Avec les parois de la rainure radiale 52, cette rondelle 53 forme des deux côtés un intervalle radial, 54 et 55 respectivement, mais dépasse la rainure radiale 53 par sa périphérie.
Le conducteur intérieur 50 porte un capuchon métallique 56 qui couvre la face frontale de l'isolateur 51 et dont le bord 57, renforcé dans le sens axial vers le carter 12, entoure concentriquement la partie de l'isolateur 51 s.e trouvant entre le capuchon métallique 56 et la rainure radiale 52. La face intérieure de ce bord métallique 57 et la face extérieure de l'isolateur 51 forment un intervalle cylindrique d'électrode 58 et la face frontale de ce bord et la périphérie de la rondelle 53 forment un intervalle radial d'élec- trode 59. Une douille métallique 60, reliée électriquement au carter 12, renferme la partie de l'isolateur 51 qui sort du carter 12 jusqu'au niveau de la rainure radiale 52.
Cette douille 60 forme avec l'isolateur 51 un intervalle cylindrique de carter 61, avec la périphérie de la rondelle 53 un intervalle radial de carter 62, et avec la face frontale du bord métalli- que 57 un intervalle de séparation 63, Cet intervalle débouche, à une ex-
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trémité, vers l'intérieur du récipient et se prolonge, à l'autre extrémité, des deux côtés de la rondelle 53 par les intervalles 59 et 62, respective- ment.
La rondelle mince 53 peut être en métal ou en une matière isolan- te, ou elle peut être constituée par une rondelle intérieure isolante por- tant un anneau métallique de même épaisseur axiale.
A la fig. 6 on voit que la face frontale de la douille métalli- que qui est exposée à un fort dépôt de poussière est horizontale si la traversée de courant est montée dans la position indiquée à la fig. 6. Le dépôt ne peut donc pas tomber, même s'il se forme des écailles ou des per- les fondues. Il est notamment impossible que les particules métalliques dé- tachées parviennent dans le système d'intervalles.
Les différents exemples de réalisation exposés ci-dessus sont adaptés à des conditions d'exploitation différentes. Sous des conditions d'exploitation claires avec une faible sollicitation, comme elles présen- tent par exemple dans les récipients métalliques mis à la terre avec deux électrodes reliées chacune à une traversée de courant, alimentées par une source de courant continu qui n'est pas mise à la terre, les réalisations suivant les fig. 1 à 3 peuvent travailler d'une façon tout à fait satis- faisante. Normalement, il ne se forme alors une décharge lumineuse que sur une électrode, avantageusement sur le conducteur central 10 ou 17.
Par contre, pour les sollicitations plus sévères, les traversées de courant selon les constructions indiquées par les fig. 4 à 6 sont plus avantageuses. Ces sollicitations se présentent toujours si, en dehors du conducteur intérieur, la paroi du récipient est également reliée à la sour- ce de courant et si l'on travaille avec du courant alternatif. Dans ces cas, toutes les parties sont exposées à l'attaque de la décharge lumineuse et il se forme un dépôt particulièrement important de matières poussiéreu- ses.
Pour chaque mode de raccordement des électrodes et du carter mé- tallique, il faut tenir compte du fait que les traversées de courant sont sollicitées momentanément d'une façon très sévère dans le cas d'incidents d'exploitation inévitables - éruption de gaz provenant de pièces chauffées, parties de surface à forte émission, etc... Cela est encore le cas si le carter métallique n'est pas normalement relié à la source de courant, étant donné que ces incidents créent le plus souvent un trajet de courant à faible résistance ohimique d'une électrode au carter. Lors du dimensionnement des traversées de courant, il faut tenir compte de ces sollicitations.
Cette difficulté ne peut pas être tournée ni atténuée par l'emploi de récipients en matière isolante, étant donné que les procédés techniques de décharge lu- mineuse impliquent des puissances très fortes, et que déjà après un temps d'exploitation très court, les parois intérieures sont métallisées, si bien que le récipient a alors pratiquement les mêmes réactions qu'un récipient métallique.
REVENDICATIONS.
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