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La présente invention concerne les 'éclateurs et plusspécia- lement un éclateur pour parafoudres du type à soupape.
Les parafoudres du type à soupape se composent essentiel- lement d'un éclateur ou une série d'éclateus de longueur fixe reliés en série avec une résistance ayant des caractéristiques de soupape ou non linéaires, c'est-à-dire, une résistance dont la valeur diminua quand la tension augmente, de façon à présenter, sous des tensions normales, une résistance très élevée et, dans le cas de surtensions, une résistance faible, afin qu'une surcharge puisse s'écouler à la terre sous une tension de décharge peu élevée, et qui est capable d'accroître ensuite sa valeur de manière à réduire le courant d'a- près décharge sous tension normale à une faible valeur.
L'éclateur série isole normalement le parafoudre de la ligne à laquelle il est connecté, mais il se met en court-circuit sous une surtension
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déterminée de facon à connecter le parafoudre entre la ligne et la terre et à permettre à la surcharge de s'écouler à la terre.
Après écoulement de la surcharge, la soupape du parafoudre réduit le courant normal d'après décharge, provoqué par la tension normale de ligne, à une faible valeur, ce courant étant interrompu par l'éclateur de manière à isoler à nouveau le parafoudre de la ligne.
De récents perfectionnements apportés aux parafoudres de ce type ont eu pour résultat de donner à Isolément de soupape de meil- leurs caractéristiques de protection et, en particulier, de réduire la tension de décharge. L'effet de cette réduction de la caractéris- tique de tension de décharge est d'augmenter le courant normal d'a- près décharge qui traverse le parafoudre et qui doit être interrompu par l'éclateur série. Dans le cas de courants diaprés décharge mo- dérés, les éléments de soupape présentent une résistance appréciable au passage de ces courants d'après décharge. L'éclateur série de longueur fixe est donc bien capable d'interrompre le passage du courant .au premier zéro de courant, et ne subit pas de modifications physiques.
Au contraire, avec les courants d'après décharge plus élevés résultant de la caractéristique de protection améliorée précitée, les éclateurs série des types classiques sont incapables d'interrompre le passage du courant au premier zéro de courant.
Il est tout à fait contre indiqué de laisser passer un. courant d'a- près décharge pendant un temps appréciable, parce qu'il élève la température de l'électrode de l'éclateur, qui est habituellement en laiton, au-dessus de son point de fusion et qu'il provoque donc une déformation ou de fortes brûlures de l'électrode. Une telle déforma- tion peut souvent produire un changement suffisant de la forme de l'électrode pour réduire l'espacement effectif des électrodes, ce qui réduit la tension de rupture de l'intervalle de l'éclateur et rend la coupuré de l'arc plus difficile.
La présente invention a donc pour but principal de procurer un éclateur pouvant mieux résister aux effets de brûlure de l'arc.
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Suivant l'invention, l'éclateur composé d'electrodes écar- tées de façon à établir entre elles un intervalle explosif, comprend un moyen pour établir un champ magnétique en substance constant dans le dit intervalle dans une direction généraLement perpendiculaire à la trajectoire de la décharge, et un diviseur d'arc pour couper un arc initial en plusieurs arcs plus petits, sans permettre que ceux- ci se recombinent en un seul arc.
L'invention ressortira clairement de la description détail- lée, donnée ci-après, d'une forme d'exécution représentée, à titre d'exemple, au dessin annexé.
La figure 1 est une vue en plan de dessus d'un éclateur constituant une forme d'exécution préférée de l'invention.
La figure 2 est une vue de profil de l'éclateur.
La figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2, et la figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 1.
La présente invention supplique spécialement aux éclateur de parafoudres, mais il va de soi qu'elle n'est pas limitée nécessai. rement à cette application déterminée. Comme la figure 4 le montre, l'éclateur est enfermé dans une paire de demi-boîtiers circulaires en céramique 1 qui contiennent aussi les parties restantes. Chaque demi-bottier 1 se compose d'un fond plat en forme de rondelle 2 et d'un rebord annulaire 3 qui encercle le pourtour du fond plat 2.
Chaque rebord 3 est pourvu d'une paire d'encoches 4 diamétralement opposées (voir figure 2) destinées à recevoir et à maintenir conve- 'nablement une paire d'électrodes 5 en forme de coin. Les électrodes sont, de préférence, en laiton, mais elles peuvent être faites en toute matière conductrice convenable. Les rebords 3 sont aussi pourvus d'encoches 6 plus étroites et réparties circonférentiellement entre les encoches 4; elles sont destinées à recevoir et à, espacer
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une série de diviseurs d'arc métalliques 9 disposés radialement (voir figure 3) . Les rebords du bottier 1 sont dirigés l'un. vers l'autre et sont maintenus légèrement écartés par les électrodes et les diviseurs d'arc.
Les encoches correspondantes 4 et 6 de chaque rebord de bottier 3, comme la figure 2 le montre le mieux, sont dimensionnées et alignées de façon à recevoir et à convena- blement espacer les électrodes 5 et les diviseurs d'arc 9.
Une paire d'aimants permanents 7 en substance en forme de rondelles et faits en toute matière d'aimant permanent convenable mais, de préférence, une matière isolante, sont logés dans chaque demi-bottier à l'endroit du creux délimité par le fond 2 et le rebord 3.
Dans la forme d'exécution préférée représentée ici, les aimants 7 sont aimantés dans une direction axiale, avec chacun un pôle nord sur une face et un pôle sud sur la face opposée.
Les aimants 7 sont logés dans le bottier de manière que le pôle nord d'un aimant se trouve face au pôle sud de l'autre ou, en d'a,u- tres mots, les aimants s'attirent.
Il va de soi cependant que-on peut utiliser, pour les .aimants, toute disposition convenable produisant un champ magnéti- perpendiculaire au trajet de l'arc, et les aimants ne doivent pas nécessairement s'attirer. Les aimants peuvent avoir toute forme voulue pour s'adapter à la forme de l'électrode et à celle du bottier. Avec le dispositif décrit, il y a donc toujours un champ magnétique relativement puissant, dirigé perpendiculairement aux faces des aimants.
L'aimant permanent 7 peut être fait en toute matière d'ai- mant permanent convenable. Il est cependant préférable d'utiliser une matière céramique de la famille des ferrites et, en particulier la ferrite de baryum - (BaFe12019). Les aimants faits en cette ma- tière ont différentes propriétés avantageuses. Ils présentent une for-
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te résistance à la désaimantation par des champs magnétiques exté- rieurs transitoires ou par d'autres forces extérieures comme la cha- leur ou les chocs. La plupart des matières d'.aimant permanent sont très aisément désaimantées par les dites forces et doivent être ma- nipulées et protégées avec soin pour empêcher la désaimantation.
La stabilité magnétique de la matière préférée est une propriété très intéressante dans le cas de l'invention, puisque l'aimant ainsi cons- titué ne subit aucune perte notable d'aimantation, même dans des con- ditions inhabituelles de manipulation ou d'utilisation. Une autre prou priété intéressante de cette matière d'aminat permanent est son iso- lement électrique. La matière préférée est un excellent isolant. C'est grâce à cela que les aimants de la. présente invention peuvent être montés d'une façon aussi avantageuse. Les aimants peuvent ponter les électrodes de l'éclateur, sans danger de court-circuit comme dans le cas d'aimants métalliques ordinaires. Il n'y a donc plus de problé- me d'isolement de l'aimant par rapport aux électrodes.
Si on le désire,l'épaisseur de l'aimant permanent peut être légèrement inférieure à la hauteur du rebord 3 entre le fond 2 et le bord de fermeture des encoches, afin de pouvoir loger une rondelle annulaire 8 en une matière résistant aux arcs dans le ren- foncement contigu à chaque aimant -et venant à ras du bord de ferme- ture des encoches 4 et 6. La rondelle 8 sert à protéger les faces de l'aimant contre les érosions par l'arc. La rondelle 8 peut être construite en toute matière isolante résistant aux arcs. Il est cependant préférable d'utiliser du polytétrafluoroéthylène, à cause de sa plus forte résistance aux érosions par les arcs. Ces rondelles
8 ont été utilisées dans la forme d'exécution préférée représentée au dessin annexé.
Il est à noter cependant que l'utilisation d'aimants en céramique supprime la nécessité de ces rondelles quant à la question de l'isolement. Ces'rondelles S sont cependant utiles pour empêcher l'érosion par les arcs de la face* des aimants permanents 5, de manière à prolonger la durée de vie de l'éclateur.
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La rupture des rondelles par érosion d'arc ne met pas l'éclateur hors service, puisque le court-circuitage des électrodes ne résulte pas de cet incident. Les rondelles 8 empêchent, en outre, la possi- bilité de cassure des aimants 7 par un choc thermique important.
Les électrodes 5 en forme de coin et les diviseurs d'arc 9 sont serrés entre une paire de bottiers 1, les aimants,associés 7 et les rondelles 8. Les électrodes 5 et les diviseurs d'arc 9 se logent respectivement dans les encoches 4 et 6 et sont dirigés radialement vers l'extérieur au delà de la périphérie du bottier, comme les figures 1 et 3 le montrent clairement. Les axes de symé- trie longitudinaux des électrodes 5 sont alignés suivant un diamètre de l'ensemble. Les pointes des électrodes sont dirigées l'une vers l'autre et sont séparées, au centre de l'éclateur, par un intervalle explosif 10. Les diviseurs d'arc sont disposés radialement et écartés entre eux, entre les bords des électrodes qui divergent vers l'ex- térieur et convergent vers l'intervalle 10.
En. fonctionnement dans un parafoudre, une électrode est reliée en série avec une soupape 11 ou résistance non linéaire, reliée elle-même à la terre. L'autre électrode est reliée à une ligne de transport ou de distribution ou à un autre appareil à protéger.
Si on le désire, plusieurs éclateurs de ce genre peuvent être mis en série de toute manière convenable, comme il est courant dans la technique des parafoudres.
Le fonctionnement du dispositif de l'invention ressort de la descritpion détaillée ci-avant. Un arc s'amorce dans l'intervalle 10 entre s électrodes 5. Il y a toujours un champ magnétique rela- tivement puissant dirigé perpendiculairement aux faces des aimants 7. Comme l'arc est à angle droit par rapport.au champ magnétique, il se déplace parallèlement aux faces des aimants vers l'un ou l'au- tre des groupes de diviseurs d'arc.
Quand l'arc a pénétré entre les diviseurs, il se subdivise en une série d'arcs plus petits et continue à se déplacer vers l'extérieur, puisqu'.il se déplace tou-
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jours à angle droit par rapport au champ magnétique. A un certain point en dehors de l'intervalle explosif, l'arc s'éteint par allon- gemmt refroidissement des gaz., et ne se réamorce plus après passage par un zéro de courant.
La description précédente montre que l'invention procure un éclateur qui possède des propriétés très intéressantes, puisqu'il dispose de moyens sûrs pour interrompre l'arc. Il a été proposé d'atteindre le même résultat à l'aide de bobines traversées par le courant de décharge et produisant un champ magnétique pour déplacer l'arc.
Une telle solution présente de nombreux inconvénients et n'assure pas réellement le déplacement de l'arc parce que l'intensité du champ magnétique varie avec l'amplitude du courant, de sorte qu'on ne dispose pas d'un champ puissant et constant. L, bobine utilisée est nécessairement très encombrante et demande un espace de logement relativement étendu qui n'est pas facilement disponible, tout en exigeant un éclateur auxiliaire pour protéger la bobine el- 'le-même contre les ondes à front raide. Par conséquent, l'utilisa- tion d'une bobine magnétique -produisant un champ pour déplacer l'arc n'est pas une solution satisfaisante du problème, à cause des nom- breux inconvénients qui raccompagnent.
La présente invention évite ces inconvénients de façon simple et efficace en utilisant un aimant permanent de façon à ne pas devoir disposer d'espace supplémentaire.
L'utilisation d'un -aimant permanent permet d'établir un champ magné- tique puissant et constant indépendant de l'amplitude du courant de @ décharge, et cela sans exiger d'éclateurs auxiliaires ni d'autres dispositifs de protection. L'invention procure donc un moyen très efficace et intéressant pour provoquer réellement le déplacement de l'arc dans un éclateur.
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The present invention relates to spark gaps and more specifically to spark gap for valve type surge arresters.
Valve type surge arresters consist essentially of a spark gap or a series of bursts of fixed length connected in series with a resistor having valve or non-linear characteristics, that is, a resistor with the value decreased as the voltage increases, so as to present, under normal voltages, a very high resistance and, in the case of overvoltages, a low resistance, so that an overload can flow to earth under a voltage of low discharge, and which is able thereafter to increase its value so as to reduce the current of near normal voltage discharge to a low value.
The series spark gap normally isolates the surge arrester from the line to which it is connected, but it short-circuits under an overvoltage
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determined so as to connect the surge arrester between line and earth and allow the overload to flow to earth.
After the overload has elapsed, the surge arrester valve reduces the normal post-discharge current, caused by the normal line voltage, to a low value, this current being interrupted by the spark gap so as to isolate the surge arrester again from the line.
Recent improvements in lightning arresters of this type have resulted in improved valve isolation characteristics and, in particular, reduced discharge voltage. The effect of this reduction in the discharge voltage characteristic is to increase the normal near discharge current which passes through the arrester and which must be interrupted by the series spark gap. In the case of moderate post-discharge currents, the valve elements exhibit appreciable resistance to the passage of these post-discharge currents. The series spark gap of fixed length is therefore well capable of interrupting the passage of current at the first zero of current, and does not undergo any physical modifications.
On the contrary, with the higher post-discharge currents resulting from the above-mentioned improved protection characteristic, series spark gaps of the conventional types are unable to interrupt the passage of current at the first zero current.
It is totally wrong to let one pass. current near discharge for an appreciable time, because it raises the temperature of the spark gap electrode, which is usually made of brass, above its melting point and therefore causes deformation or severe electrode burns. Such deformation can often produce a sufficient change in the shape of the electrode to reduce the effective spacing of the electrodes, which reduces the breakdown voltage of the spark gap and makes the arc cut. more difficult.
The main object of the present invention is therefore to provide a spark gap that can better withstand the effects of the arc burning.
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According to the invention, the spark gap composed of electrodes spaced apart so as to establish an explosive interval between them comprises a means for establishing a substantially constant magnetic field in said interval in a direction generally perpendicular to the trajectory of the gas. discharge, and an arc divider to cut an initial arc into several smaller arcs, without allowing these to recombine into a single arc.
The invention will emerge clearly from the detailed description given below of an embodiment shown, by way of example, in the accompanying drawing.
Figure 1 is a top plan view of a spark gap constituting a preferred embodiment of the invention.
FIG. 2 is a side view of the spark gap.
Figure 3 is a section on line III-III of Figure 2, and Figure 4 is a section on line IV-IV of Figure 1.
The present invention especially appeals to spark arresters of lightning arresters, but it goes without saying that it is not necessarily limited. specifically for this specific application. As Figure 4 shows, the spark gap is enclosed in a pair of circular ceramic half-housings 1 which also contain the remaining parts. Each half-case 1 consists of a flat bottom in the form of a washer 2 and an annular rim 3 which encircles the perimeter of the flat bottom 2.
Each flange 3 is provided with a pair of diametrically opposed notches 4 (see figure 2) for receiving and suitably holding a pair of wedge-shaped electrodes 5. The electrodes are preferably made of brass, but they can be made of any suitable conductive material. The edges 3 are also provided with narrower notches 6 and distributed circumferentially between the notches 4; they are intended to receive and to space
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a series of metal arc dividers 9 arranged radially (see Figure 3). The edges of the housing 1 are led one. towards each other and are kept slightly apart by the electrodes and the arc dividers.
The corresponding notches 4 and 6 of each casing flange 3, as shown best in Figure 2, are sized and aligned to receive and properly space the electrodes 5 and the arc dividers 9.
A pair of permanent magnets 7 substantially in the form of washers and made of any suitable permanent magnet material but, preferably, an insulating material, are housed in each half-casing at the location of the hollow delimited by the bottom 2 and ledge 3.
In the preferred embodiment shown here, the magnets 7 are magnetized in an axial direction, each with a north pole on one face and a south pole on the opposite face.
The magnets 7 are housed in the housing so that the north pole of one magnet faces the south pole of the other or, in other words, the magnets attract each other.
It goes without saying, however, that any suitable arrangement can be used for the magnets which produces a magneti-field perpendicular to the path of the arc, and the magnets need not necessarily attract each other. The magnets can have any desired shape to match the shape of the electrode and that of the casemaker. With the device described, there is therefore always a relatively strong magnetic field, directed perpendicular to the faces of the magnets.
The permanent magnet 7 can be made of any suitable permanent magnet material. It is however preferable to use a ceramic material from the family of ferrites and, in particular barium ferrite - (BaFe12019). Magnets made from this material have various beneficial properties. They present a for-
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resistance to demagnetization by transient external magnetic fields or by other external forces such as heat or shocks. Most permanent magnet materials are very easily demagnetized by said forces and must be handled and protected with care to prevent demagnetization.
The magnetic stability of the preferred material is a very advantageous property in the case of the invention, since the magnet thus constituted does not undergo any appreciable loss of magnetization, even under unusual conditions of handling or use. . Another interesting feature of this permanent aminate material is its electrical insulation. The preferred material is an excellent insulator. It is thanks to this that the magnets of the. The present invention can be mounted in such an advantageous manner. The magnets can bridge the spark gap electrodes, without the danger of shorting as in the case of ordinary metal magnets. There is therefore no longer any problem of insulation of the magnet from the electrodes.
If desired, the thickness of the permanent magnet can be slightly less than the height of the flange 3 between the bottom 2 and the closing edge of the notches, in order to be able to accommodate an annular washer 8 of an arc resistant material in the recess adjacent to each magnet -and coming flush with the closing edge of the notches 4 and 6. The washer 8 serves to protect the faces of the magnet against erosion by the arc. The washer 8 can be constructed from any arc resistant insulating material. However, it is preferable to use polytetrafluoroethylene, because of its greater resistance to erosion by arcs. These washers
8 were used in the preferred embodiment shown in the accompanying drawing.
It should be noted, however, that the use of ceramic magnets eliminates the need for these washers with regard to the issue of isolation. These washers S are, however, useful in preventing erosion by arcing of the face of the permanent magnets 5, so as to prolong the life of the spark gap.
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The rupture of the washers by arc erosion does not put the spark gap out of service, since the short-circuiting of the electrodes does not result from this incident. The washers 8 furthermore prevent the possibility of breaking the magnets 7 by a strong thermal shock.
The wedge-shaped electrodes 5 and the arc dividers 9 are clamped between a pair of boxes 1, the magnets, associated 7 and the washers 8. The electrodes 5 and the arc dividers 9 are housed in the notches 4 respectively. and 6 and are directed radially outward beyond the periphery of the housing, as Figures 1 and 3 clearly show. The longitudinal axes of symmetry of the electrodes 5 are aligned along a diameter of the assembly. The tips of the electrodes are directed towards each other and are separated, in the center of the spark gap, by an explosive gap 10. The arc dividers are arranged radially and spaced apart from each other, between the edges of the diverging electrodes. outward and converge at interval 10.
In. operation in a surge arrester, an electrode is connected in series with a valve 11 or non-linear resistor, itself connected to earth. The other electrode is connected to a transmission or distribution line or to another device to be protected.
If desired, several such spark gaps can be connected in series in any suitable manner, as is common in the art of surge arresters.
The operation of the device of the invention emerges from the description detailed above. An arc starts in the gap 10 between electrodes 5. There is always a relatively strong magnetic field directed perpendicular to the faces of the magnets 7. Since the arc is at right angles to the magnetic field, it moves parallel to the faces of the magnets towards one or the other of the groups of arc dividers.
When the arc has penetrated between the dividers, it subdivides into a series of smaller arcs and continues to move outward, since it is always moving.
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days at right angles to the magnetic field. At a certain point outside the explosive interval, the arc is extinguished by continuous cooling of the gases, and no longer reignites after passing through a current zero.
The preceding description shows that the invention provides a spark gap which has very advantageous properties, since it has reliable means for interrupting the arc. It has been proposed to achieve the same result using coils through which the discharge current passes and producing a magnetic field to move the arc.
Such a solution has many drawbacks and does not really ensure the displacement of the arc because the intensity of the magnetic field varies with the amplitude of the current, so that a powerful and constant field is not available. . The coil used is necessarily very bulky and requires a relatively large housing space which is not readily available, while requiring an auxiliary spark gap to protect the coil itself against steep front waves. Therefore, the use of a field-producing magnetic coil to move the arc is not a satisfactory solution to the problem, because of the many drawbacks that accompany it.
The present invention overcomes these drawbacks in a simple and efficient manner by using a permanent magnet so as not to have to have additional space.
The use of a permanent magnet makes it possible to establish a strong and constant magnetic field independent of the amplitude of the discharge current, and this without the need for auxiliary spark gaps or other protective devices. The invention therefore provides a very effective and interesting means for actually causing the displacement of the arc in a spark gap.