<Desc/Clms Page number 1>
Certains parafoudres connus utilises principalement pour la protection des lignes à haute tension sont constitués d'éclateurs et de résistances. Les résistances affectent en général la forme de blocs de plusieurs centimètres de diamètre et d'un ou plusieurs centimètres de hauteur et sont constituées de grains en carbure de silicium, assemblés au moyen d'un liant appropriéo Elles possèdent une caractéristique "courant-tension" non linéaire ; on les appelle de ce fait "résistances'non- linéaires". La caractéristique de ces résistances est obtenue
<Desc/Clms Page number 2>
grâce aux particulairtés du procédé de fabrication selon lequel les grains sont assemblés au moyen d'un liant.
Lors de la fabri- cation les couches superficielles des grains constituant les résistances non-linéaires ne sont pas altérées de sorte que ces grains ne font que se toucher. Par conséquent, le comportement des résistances non-linéaires au point de vue de la conducti- bilité électrique est principalement influencé par la conducti- bilité des couches de surface des grains, toujours plus faible que la conductibilité de la masse des grains.
Il est connu, en particulier, d'assembler les grains de carbure de siliciun au moyen d'une substance argileuse en portant le mélange de grains de carbure de silicium et d'argile à une température d'environ 120020 (15002K). Bien qu'à 15002K l'argile se fritte facilement, cette température n'est pas encore suffisante pour provoquer le frittage du carbure de silicium et la couche de surface des grains de carbure de silicum dont le point de fusion est supérieur à 2500 K n'st pas modifiée
Ce traitement équivaut à un autre, très répandu également, qui consiste à assembler les grains de carbure de silicium au moyen d'un ciment et à les chauffer à, par exemple, 200 C
On a constaté que de tels parafoudres sont capables de très bien résister à des ondes de choc,
de courte durée comme on en produit facilement dans les générateurs d'ondes de choc cou- rantes, dans les laboratoires à haute tension. Cependant, les surtensions qui sollicitent ces parafoudres ne peuvent pas toujours être assimilées à des ondes de choc de courte durée (ordre de grandeur de 50 à 100 s) mais elles se présentent, quoique plus rarement, aussi sous forme d'ondes de choc de longue durée (plusieurs milliers de s) auxquelles les parafou- dres actuels résistent moins bien.
<Desc/Clms Page number 3>
On a déjà proposé de subdiviser la résistance 'non- linéaire en plusieurs éléments individuels mis en parallèle et de choisir le rapport de dépendance de ces éléments vis-à-vis de la tension de telle façon que lorsque la tension augmente de nouveaux éléments entrent automatiquement en action.
Le but de la présente invention n'est pas d'obtenir une sélectivité par rapport à la tension mais une sélectivité par rapport à la durée de l'onde de choc.
Un autre but de l'invention est d'améliorer le fonctionnement des parafoudres et de les rendre plus résistants aux sollicitations par des ondes de choc de longue durée.
Selon l'invention, les caractéristiques courant-tension de deux résistances mises en-parallèle sont différentes,telles qu'en cas de sollicitation par une onde de choc longue une des résistances possède une conductibilité toujours plus . élevée que l'autre et qu'en cas de sollicitation par une onde de choc brève la dite résistance possède une conductibilité toujours plus petite que l'autre ; la différence entre les caractéristiques courant-tension étant obtenue par une liaison déterminée entre'les couches de surface des grains, liaison caractérisée par le procédé de fabrication des résistances à grains assemblés.
Selon une réalisation particulière de l'invention, on branche en parallèle sur les résistances non-linéaires connues . des "thermistances" ayant une caractéristique "courant-tension" convenable,
Les thermistances sont dékjà connues ; leur caractéris- tique 'courant-tension' diffère très fortement de celle des ré- sistances appelées "non-linéaires" par l'absence de toute hystérèse mais les thermistances possèdent également une carac- téristique courant-tension qui.n'est pas linéaire et ..elles sont fabriquées également au moyen de grains semi-conduteursa Con-
<Desc/Clms Page number 4>
trairement à ce qui..a lieu dans la fabrication des résistances non-linéaires les grains des thermistances sont frittés ensemble.
Le frittage n'exclut pas cependant la présence d'un liant, mais ce liant n'a d'autre fonction que d'assurer la cohésion des crains pendant le traitement thermique. La différence de fabrication des thermistances par rapport à celle des résistances non-linéaires réside dans le fait que le traitement thermique se fait à une tempé rature d'anviron deux tiers de la température absolue de fusion des grains semi-conducteurs ou plus élevés, températu:
re à laquelle les couches de surface des grains appliqués .l'un contre l'autre sera- mollissent et donnent lieu à une interpénétration des couches limite
Par suite, la résistance électrique entre les grains devient négli- geable ou du moins comparable à la résistance de la masse des grains, et l'hystérèse constatée dans les caractéristiques courant- tension des résistances non-linéaires n'apparait pas dans les caractéristiques courant-tension des thermistances.
Selon une autre réalisation particulière on fabrique - - des résistances non-linéaires avec des variétés de grains semi-conducteurs différents, par exemple deux variétés de grains de carbure de silicium assemblés selon un procédé de fabrication connu, mentionné ci-dessus.
,
Afin d'obtenir une caractéristique courant-tension désirée, on sélectionne une variété de grains, qu'on appellera ici "éléctriques", selon certains critères au moyen d'essais électriques. Ce procédé de sélectionnement est en principe connu, mais la présente invention se rapporte également à une particularité de ce procédé de sélectionnement. Le sélectionnement habituel du grain "électrique" de carbure de silicium se fait lorsqu'on sort le pain de carbure de silicium du four. On prélevé des échantillons dans différentes couches et réserve celles dont les échantillons ont saluait les critères électriques.
La caractéristique "courant-tension" des résistances non-linéaires est due aux mécanismes de conduction électronique
<Desc/Clms Page number 5>
dans les couches de surface des grains semi-cDn&1cteuxs. Ces mé- canismes n'ont pas encore pu être expliqués d'une manière satisfai- sante jusqu'à présent.
Selon des considérations théoriques nouvelles, encore inédites, qui ontn accompagné le développement de la présente invention, les phénomènes de conduction des résistances de parafoudre peuvent être expliqués sur la base du modèle nergè- tique suivant :
Les couches de surface des grains, responsables de la caractéristique courant-tensin des résistances non-linéaires, possèdent une certaine structure cristalline avec des imperfections dans le réseau, imperfections dues à des distorsions du réseau .ou à la présence d'atomes étrangers. Les électrons liés aux atomes du réseau, aux atomes étrangers, et aux centres d'imperfection, ont des énergies propres, dépendant de la nature et des particula- rités de leur liaison au réseau.
Selon la théorie quantique des solides bien connue, le spectre de ces énergies est discontinu.
Ce spectre ou modèle d'énergie (fig. 4 des dessins annexés) est ainsi constitué de plusieurs niveaux discrets, et bandes continues de niveaux, "permis" et d'autres bandes continues de niveaux "interdits". Chaque niveau énergétique permis ne peut être occupé que par un seul électron, en vertu du principe d'exclu- sion de Pauli.
A la température absolue zéro, les niveaux les plus bas dans 1 échelle.énergétique, par exemple les niveaux H des élec- trons de valence sont tous occupés ; tandis que les niveaux plus élevés sont libres, par exemples les niveaux C des électrons libres, Le niveau limite entre les niveaux occupés et niveaux libres d'appelle, selon la théorie quantique connue, niveau de Fermi F. La limite nette constituée par le niveau de fermi s'efface de plus-en plus lorsque la température du cristal s'élève, car un certain nombre d'électrons, auparavant captés dans des niveaux plus bas, occupent des niveaux plus élevés.
<Desc/Clms Page number 6>
Dans les couches de surface- du grain de carbure de ailir ci=$ et dans les semi-conducteuurs en général, le niveau de Fermi se trouve dans. uns. bande interdite Dans les graine couvenant aux résistances pour parafoudres, les plaénomènes de conduction peuvent être expliqués, si l'on suppose en outre l'existence dans: la bande interdite de niveaux permis dus. des imperfections du réseau, et notamment un modèle d'énergie selon la figure 4, com- prenant : a) des niveaux "donneurs" D,.dus à des imperfections isolées et relativement rares du réseau cristallin, à la hauteur du '.niveau de Fermi F, donc occupés à température ambiante ;
b) des niveaux "pièges" S, dus à. d'autres imperfections isolées du réseau cristallin, situés plus haut que le niveau de Fermi F, donc pratiquement inoccupés à température ambiante. c) la large bande de niveaux de conduction C, située au- dessus des niveaux "pièges", presqu'inoccupée également à tempé- rature ambiante.
A la température ordinaire, il existe déjà une certaine densité d'électrons libres dans la bande de conduction C Lorsque ces électrons sont soumis à l'action d'un champ électrique, leur température augmente et ceux dont l'énergie est suffisante peuvent ioniser des centres "donneurs". De ce fait des électrons sautent de niveaux "donneurs" D dans la bande de conduction C et aug- mentent le nombre des électrons libres. La quantité d'électrons devenant ainsi des électrons de conduction dépend non seulement de la tension appliquée aux bornes de la résistance et de la température ambiante, mais également de l'énergie d'activation E des centres "donneurs" c'est-à-dire de l'écart 3 entre les niveaux "donneurs' D les plus .haut placés et les niveaux de con- duction C les plus uas.
D'autre part l'existence de niveaux "pièges" S, écartés de A E (énergie d'activation des centres "pièges") des niveaux conducteurs C, a comme conséquence qu'une
<Desc/Clms Page number 7>
partie des électrons libres est de nouveau captée lorsque ces derniers passent à proximité de centres "pièges".
Même sans entrer dans les détails de la théorie quantique des corps solides, et de nouvelles considérations théoriques particulières encore inédites, on peut. comprendre que les écarts E entre les niveaux "donneurs" D et la bande de conduction C et ¯ E, entre les niveaux "pièges" S et la bande de conduction C, ont une importance sur les phénomènes de conduction.
La présente invention permet de choisir des grains semi- conducteurs en vue de la fabrication de résistances non-linéaires suite à. des mesures des énergies d'activation E et ¯ E ci-dessus, afin de leur donner des caractéristiques courant-tension prédé- terminées.
La grandeur E est responsable de la constante de temps d'ionisation moyenne tm selon la formule tm = ti exp E
ET Dans cette formule ti est une constante de -temps individuelle, "exp" le symbole de la fonction exponentielle, k la constante de Boltzmann et T la température électronique.
Lorsque le front de l'onde de tension est très raide, c'est-à-dire lorsque la durée t du front de l'onde de tension est très brève, et plus petite que tm, défini ci-dessus, les électrons libres suffisamment accélérés n'ont guère le temps d'ioniser ou d'activer les centres "donneurs" ; la densité d'électrons libres varie donc peu au: cours du passage d'un tel front de. l'onde de tension et la conductibilité électrique reste petite.
Par con-tre, lorsque la durée t du front de l'onde de tension est plus grande que la constante tm, les électrons suf- fisamment accélérés ionisent les centres 'donneurs' et la con- duction électrique augmente sensiblement au cours du passage du front de l'onde de tension.
<Desc/Clms Page number 8>
Il s'ensuit que pour une résistance non-linéaire, des- tinée à écouler des ondes de choc brèves, il est nécessaire de choisir un grain dont l'énergie d'activation E est suffisamment petite pour que tm soit plus petit: ou comparable à la durée de front lies ondes de choc brèves. Par contre, pour une résistance non-linéaire destinée à écouler des ondes de chom longues, mais pas des ondes de choc brèves, il suffit de choisir un grain dont l'énergie d'activation E est choisie telle que tm soit plus grand que la durée de front des ondes de choc brèves, mais plus petit que la durée de front des ondes de choc longues.
Le choix d'un grain semi-conducteur ayant une couche de surface avec une valeur de la grandeur E prédéterminée, permet donc de fabriquer des résistances non-linéaires offrant une résistance élevée à des ondes de choc dont la durée du front est inférieure à un temps tm déterminé par ladite valeur de E et la nature du réseau cristallin des couches de surface des grains. i Par exemple, si les grains sont en carbure de silicium, et si E est égal à environ 0,35 eV, tm est de l'ordre de grandeur d'un microseconde (Par contre, si E est égal à environ 0.40eV, tm est de l'ordre de grandeur de 10 microsecondes).
L'invention fait intervenir également la grandeur ¯ e dans le choix du rapport E Ce rapport E/¯E est une autre ¯ E ¯ E grandeur déterminant la conductibilité # d'une résistance non- linéaire en régime stationnaire :
EMI8.1
Dans cette formule A est une constante dépendant du réseau cris- tallin, U, la tension moyenne entre deux grains lors du passage du courant (U, à la valeur maximum, peut atteindre plusieurs volts) ; h un paramètre dépendant fortement du réseau cristallin et aussi de E, car :
EMI8.2
Dans cette formule K dépend du reseau cristallin.
La valeur numé- rique de h pour des semi-conducteurs courants n'excède pas
<Desc/Clms Page number 9>
quelques unités et est souvent inférieure à 1 de sorte que la valeur du rapport E est prépondérante pour la caractéristique
AE courant-tension de la résistance.
Il s'ensuit que pour E/¯E grand, la conductibilité en ¯E régime stationnaire est grande et que lors d'une mise en paral- , lèle de deux résistances, une onde longue est conduite par la . résistance dont E/¯E ,est plus grand.
Le procédé de fabrication d'un dispositif de protection ou parafoudre selon l'invention est caractérisé en ce qu'on choisit des variétés différentes l'une de l'autre de grains semi- conducteurs selon certains critères électriques, qu'on fabrique des résistances non-linéaires selon des procédés en soi connus avec chacune-,de--ces 'variétés de grains et qu'on mlnte les résis- tances ainsi obtenues en parallèle dans un'montage électrique, de préférence en série avec une pile d'éclateurs.
Lesdits critères électriques sont, en conformité avec ce qui vient dêtre dit plus haut, des mesures de grandeurs qui permettent de calculer les énergies d'activation E des centres "donneurs" et ¯E des centres "pièges" du modèle d'énergie selon la théorie quantique.
De telles mesures sont par exemple le relevé de la caractéristique couranttension en régime stationnaire c'est-à- dire en courant continu. Ces mesures permettent notamment de dé- veumine,r dans la région des courants très faibles, la résistance ohmique Bo pour une tension intergraihs U égale à zéro d'où il est possible de calculer E. Il suffit de calculer le E o corres- pondant à Ro, en tenant compte de la granulation de l'épaisseur des couches de surface traversées et de la forme moyenne des grains.
La relation pour E peut être déduite de la relation pour # ci-dessus en mettant U = 0. La grandeur de la constante A peu être calculée si l'on connaît la densité d'électrons libres et la mobilité électronique dans les couches de surface.
<Desc/Clms Page number 10>
Les mêmes mesures, portées sur un diagramme sous forme de
EMI10.1
permettent de calculer E #E Dans cette formule, I est le courant passant par une série déter- minée de grains, et # o la conductibilité pour U = 0, et U la tension intergrains ; le symbole f signifie cornue d'habitude "fonction de" et le symbole "log" signifie le "logarithme de".
Le paramètre h peut être déterminé par d'autres mesures, mais il est plus aisé de représenter la fonction ci-dessus pour plu- sieurs h différents et de choisir celle dans laquelle la fonction est représentée par une droite. Deux ou trois tâtonnements suf- fisent en général pour trouver le paramètre h adéquat. La pente de la droite que l'on trouve ainsi est égale au rapport E # E
L'invention permet de déterminer,à l'aide des grandeurs théoriques E et .±± E, mesurables, les qualités de grains.dont il faut se servir pour obtenir des résistances non-linéaires qui mises en parallèle sont sélectives chacune pour une onde de choc donnée.
Comme on peut le conclure de ce qui précède, si une première variété de résistances non-linéaires est destinée à écouler des ondes de choc longues, et une seconde variété de résis- tances non-linéaires est destinée à écouler des ondes de choc brèves, il est nécessaire que les paramètres E1 et ¯ E1 du grain sélectionné pour la première résistance non-linéaire, et les para- mètres E1 et ¯ E2 du grain servant à la fabrication de la secon- de résistance non-linéaire satisfassent à au moins une des deux con- .ditions suivantes et de préférence aux deux t a) E1 # E2 b) E1 # E2 #E1 #E1
<Desc/Clms Page number 11>
L'invention est expliquée ci-dessous par rapport à deux exemples non limitatifs montrés sur le dessin annexé. La fige 1 représente, en coupe, un parafoudre selon l'invention.
Les figures 2, 3, 8 et 9 sont des diagrammes courant-tension. La tension y'est, portée en ordonnée et le courant en abscisse selon des échelles arbitraires.
La figure 4 déjà mentionnée est un modèle d'énergie, les figures 5,6, 7 sont des diagrammes représentant des mesures en courant continu.
Le parafoudre, fig. 1, est constitué d'un isolateur creux 1 fermé par un fond 2 et un chapeau 3. Il contient une pile d'éclateurs 4 et une pile de résistances non-linéaires 5. Selon l'invention, les résistances non-linéaires 5 sont mises en paral- lèle avec une thermistancn6 Dans l'exemple représenté, les résistances non-linéaires 5 ont une forme toroèdale tandis que la thermistance 6 a une forme cylindrique et est logée dans l'axe des résistances non-linéaires 5.
Sur le diagramme, fig. 2, sont représentées trois courbes courant-tension 7, 8, 9 illustrant respectivement les caractéristiques d'une thermistance, d'une résistance non- linéaire et d'un parafoudre selon la fig. 1 dans le cas d'une onde brève. La combinaison des deux caractéristiques 7 et 8 enregistrée aux bornes du parafoudre est donnée par la courbe 9.
On constate, que celle-ci est définie principalement par la caractéristique de la résistance non-linéaire.
Sur la fig. 3 sont représentées trois courbes courant- tension 10, 11, 12 illustrant respectivement les caractéristiques d'une -thermistance, d'une résistance non-linéaire et d'un para- foudre selon la fig. 1 dans le cas d'une onde longue. La combi- naison des deux caractéristiques. 10 et 11, enregistrée aux bornes du parafoudre, est alors donnée par la courbe 12. On constate que celle-ci est définie principalement par la carac- téristique de la thermistance.
<Desc/Clms Page number 12>
Le parafoudre selon l'invention permet donc d'écouler les ondes de choc de courte durée principalement à travers les résistances non-linéaires et les ondes de choc de longue durée, principalement à travers les thermistances. De ce fait la durée de vie et la sécurité d'un tel parafoudre sont augmentées.
'Selon le second mode de réalisation de l'invention, les résistances non linéaires 5 et les éléments résistants 6 sont tous les deux fabriqués selon une méthode habituelle de fabrication de résistances non-linéaires pour parafoudres, mais avec des variétés de grains différents de sorte que leurs caractéristiques courant-tension sont représentées par les diagrammes 8 et 9
Sur la figure 8 sont représentées trois courbes courant- tension 17, 18, 19 illustrant respectivement les caractéris- tiques courant-tension d'une première et d'une seconde résis- tance n'on-linéaire et d'un parafoudre selon la figure 1 dans le cas d'une onde de choc brève. La combinaison des deux caracté- ristiques 17 et 18 enregistrée aux bornes du parafoudre est donnée par la courbe 19.
On constate que celle-ci est définie principalement par la caractéristique de la seconde résistance non-linéaire.
Sur la figure 9 sont représentées respectivement trois courbes courant-tension 20,21, 22 illustrant les caractéris- tiques d'une première et d'une seconde résistance non-linéajre et d'un parafoudre selon la figure 1 pour le as d'une onde de choc longue. La combinaison des deux caractéristiques 20 et
21, enregistrée aux bornes du parafoudre est donnée par la courbe 22.
On constate que cette dernière est définie principa- lement par la caractéristique de la première résistance non- linéaire.
Le parafoudre selon l'invention permet donc d'écouler les ondes de choc brèves principalement à travers la seconde résistance non-linéaire et les ondes de choc longues princi-
<Desc/Clms Page number 13>
palement à travers la première résistance non-linéaire.
Dans l'exemple précité, les premièreet seconde résis- tances non-linéaires sont constituées en grain de carbure de silicium sélectionné lors de la fabrication de carbure de sili- cium d'après le relevé de la caractéristique courant-tension en courant continu, et en se référant aux critères à observer con- cernant les valeurs E et ¯ E.
La figure 5 représente les diagrammes log U/log 1 des courbes courant-tension 23 et 24 respectivement de la première et de la seconde résistance non-linéaire. De ces courbes, on peut déduire la grandeur Ro pour chacune de ces résistances. En effet les points 25 et 26 sur l'axe des abscisses donnent directe- ment les valeurs 1 respectivement pour la première etla seconde
Ro résistance non linéaire. Ceci est dû au fait que dans le cas repré- senté l'axe des abscisses coupe les courbes 23 et 24 dans le do- maine de la conductibilité ohmique. Il est toujours possible d'obtenir ce cas en choisissant les unités de courant et de tension de manière adéquate.
Les diagrammes log IRo / log (1 + hU) pour les deux
U résistances non lineaires ne sont pas représentes dans la même figure, mais dans deux figures 6 et 7.. Cela tient au fait que les paramètres h1 et h2 ne sont pas identiques dans les deux cas.
La figure 6 représente la courbe 23 obtenue par la transformation de la courbe 23 de la figure 5. Dans l'exemple,la pente de 23" représentant E1/¯E1 est égal à 6,5. La figure 7 représente la
E1 courbe 24' obtenue par la transformation de la courbe 24 de la figure 5. La courbe 24' a une pente valent E2 = 4,5 comme #E2 représenté sur la figure.
Une méthode adéquate d'effectuer les mesures en courant continu consiste par exemple à. remplir un tube isolant ayant un diamètre intérieur de 4,5 mm avec 25 mg de grains semi-conducteurs, en l'espèce du carbure de silicium de densité 2,5 g/cm3. Afin d'assurer un contact électrique convenable entre les grains, on
<Desc/Clms Page number 14>
applique une pression de 45 kg sur les électrodes fermant L'éprou- vette de part et d'autre. Lorsque, par exemple, le diamètre.moyen des grains mesure 0,1mm, l'échantillon mesurecontient environ 10 couches de 2000 grains. La résistance est due aux couches de surface dont l'épaisseur est d'environ 10-4cm.
Dans ces couches de surface, la mobilité des électrons est très faible de sorte que la section du canal d'écoulement du courant est déterminée par la sur- face de contact dont la grandeur se calcule au moyen des constantes élastiques du cristal. Il s'ensuit qu'avec la disposition de mesure ci-dessus la conductibilité et la résistance ro sont liées entre elles par la relation
EMI14.1
D'autre part, dans la relation # o= A exp (E/E), le
Er facteur A est, pour les couches de surface du carbure de silicium, environ égal à 1 # -1cm -1,et ET dans le cb maine de température envisagé vaut 0.026eV. Il s'ensuit que dans le cas de carbure de silicium, et avec la disposition de mesure envisagée ci-dessus, on peut calculer E selon la formule numérique :
EMI14.2
E = 0.026 In R eV (la. = logarithme naturel) 1,5 pour Ro = 107 #, on obtient donc : E = 0,41 eV.
La valeur de A E peut ensuite être trouvée à partir de la pente qui se lit directement dans les diagrammes ( par exemple 6 et 7.) UN exemple de valeurs E1, E2, E1 et E2 convenant ¯E1 ¯E2 à des resistances de parafoudre, ecoulant selectivement des ondes de choc brèves et des ondes de choc longues, est :
EMI14.3
Il est évidemment possible de mesurer les énergies d'activation E et#e par d'autres méthodes connues, par exemple par des mesures de conductibilité en fonction de la température, ce
<Desc/Clms Page number 15>
qui évite le calcul, souvent approximatif, des factteurs géométriques des grains, de la densité des électrons libres et de la mobilité électronique intervenant dans le procédé de mesure simple ci-dessus, ou par des mesures d'absorption "Debye-dipolaire" à des températures et fréquences adéquates. Ces autres procédés sont d'ailleurs en géné- ral plus précis, mais beaucoup plus difficiles à exécuter que le procédé de mesure décrit plus haut. !De dernier peut satisfaire en général,aux besoins de la technique.
Cependant, afin d'éviter des calculs approximatifs avec plusieurs grandeurs invariables d'un lot de grains à l'autre, il est recommandable de déterminer la valeur de E d'un échantillon stan- dard par un des procédés plus précis et connus, afin de vérifier et corriger les calculs approximatifs.
D'après l'exemple décrit plus haut, on a choisi du grain de carbure de silicium pour les deux sortes de résistances. Il est évidemment possible de choisir d'autres substances semi-conducrices mais pour fabriquer des résistances non-linéaires sélectives pour des ondes de choc brèves, il est nécessaire de porter son choix sur une substance dans laquelle la mobilité des électrons dans les cou- ches de surface possède une valeur critique.
Si la mobilité des électrons est trop grande, le nombre d'impacts des électrons avec le réseau est faible, De ce fait, les électrons atteignent facilement l'énergie d'ionisation nécessai- re et une avalanche électronique s'établit rapidement lors de l'aug- mentation brusque de la tension, mais après le passage de l'onde de tension, le faible nombre d'impacts avec le réseau ne favorise pas, mais contrarie la recombinaison des -.électrons avec les centres donneurs. Il s'ensuit qu'une résistance non-linéaire, fabriquée avec un grain semi-conducteur dans lequel la mobilité électronique est trop grande dans les couches de surface, possède une tension d'amor- çage très bien définie, mais qu'elle laisse passer un courant de suite trop important.
Si la mobilité des électrons est, au contraire, trop
<Desc/Clms Page number 16>
petite, le nombre d'impacts des électrons avec le réseau cristallin est grand. De ce fait les électrons sont toujours fortement freinés et atteignent difficilement l'énergie d'ionisation nécessaire. Il -s'ensuit que l'importance de l'avalanche électronique est d'autant plus grande que la tension aux bornes de la résistance est plus élevée. Par contre, lorsque la tension baisse, les électrons se recombinent immédiatement avec les centres donneurs grâce au grand nombre d'impacts qu'ils font sur le réseau.
Il s'ensuit qu'une résistance non-linéaire, fabriquée avec un grain semi- conducteur dans lequel la mobilité est trop petite dans les couches de surface, possède une tension d'amorçage croissante avec l'amplitude de l'onde de courant à écouler mais qu'elle limite à un minimum le courant de suite.
Les deux cas décrits ci-dessus représentent les so- lutions contradictoires au:point de vue du résultat souhaité qui -est : tension d'amorçage indépendante de l'amplitude de l'onde de courant à écouler et courant de suite très faible.
Un bon compromis' est obtenu, lorsque la mobilité élec- tronique dans les couches de surface des grains semi-conducteurs est de l'ordre de grandeur d'environ 1 à 10 cm2 * Cette condition
V. s. est par exemple remplie dans le carbure de silicium..
Les résistances sélectives pour les ondes longues ne sont pas soumises à cette condition critique pour la mobilité élec- tronique En effet, les phénomènes de conduction sont régis en principe par les lois déterminant le régime stationnaire. Il s'ensuit qu'on pent choisir, pour une telle résistance, non seule- ment des grains de carbure de silicium, mais également d'autres grains réfactaires semi-conducteurs tels Rue par exemple en carbure de bore de molybdène et de vanadium ou le silicium ou d'autres encore qui possèdent des mobilités électroniques sensible- ment plus élevées.
Il est ainsi possible de choisir pour les résistances sélectives aux ondes de choc longues des varistances qu'on peut
<Desc/Clms Page number 17>
trouver sur le marché ou des thermistances comme on 1 à proposé déjà ci-dessus.
REVENDICATIONS 1. Parafoudre constitué par des éclateurs et des résistances non-lineaires en grains semi-conducteurs mises en parallèle caractérisé en ce que les caractéristiques courant-tension des résistances mises en parallèle sont différentes telles qu'en cas de sollicitation par une onde de choc longue une des résistances possède une conductibilité toujours plus élevée que l'autre et qu'en cas de sollicitation par une onde de choc brève la dite résistance possède une conductibilité toujours plus petite que l'autre ; la différence entre les caractéristiques courant-tension étant obtenue par une liaison déterminée entre les couches de surface des grains, liaison caractérisée par le procédé de fabrication des résistances à grains assemblés.
2. Parafoudre selon 1 caractérisé en ce qu'une des résistances est fabriquée de manière habituelle tandis que l'autre est une thermistance.
3. Parafoudre selon 1 caractérisé en ce que les résistances sont fabfiquées avec deux variétés de grains différents.
4. Parafoudre selon 1 ou 3 caractérisé en ce que au moins les résistances bonnes conductrices pour les ondes de choc brèves sont fabriquées à partir d'un grain semi-conducteur dans lequel la mobilité des électrons dans la couche de surface est de l'ordre de grandeur d'environ 10 cm2 . volt.sec.
5. Parafoudre selon 1 ou 3 ou 4 caractérisé en ce que pour le sélectionnement des variétés des grains on prescrit l'énergie d'activation E du modèle d'energie selon la théorie quantique.
6. Parafoudre selon 5 caractérisé en ce qu'on prescrit la résistance intergrains Ro pour une tension intergrains U égale à zéro comme critère de sélectionnement pour las grains semi- conducteurs.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
Certain known surge arresters used mainly for the protection of high voltage lines consist of spark gaps and resistors. Resistors generally take the form of blocks several centimeters in diameter and one or more centimeters in height and are made of silicon carbide grains, assembled by means of a suitable binder. They have a "current-voltage" characteristic. non-linear ; they are therefore called "non-linear resistors". The characteristic of these resistors is obtained
<Desc / Clms Page number 2>
thanks to the particulairtés of the manufacturing process according to which the grains are assembled by means of a binder.
During manufacture, the surface layers of the grains constituting the non-linear resistances are not altered so that these grains only touch each other. Therefore, the behavior of nonlinear resistors from the point of view of electrical conductivity is mainly influenced by the conductivity of the surface layers of the grains, always lower than the conductivity of the bulk of the grains.
It is known, in particular, to assemble the grains of silicon carbide by means of a clay substance by bringing the mixture of grains of silicon carbide and clay to a temperature of about 120020 (15002K). Although at 15002K the clay sintered easily, this temperature is not yet sufficient to cause the sintering of the silicon carbide and the surface layer of the silicon carbide grains whose melting point is greater than 2500 K n 'st not changed
This treatment is equivalent to another, also very widespread, which consists of assembling the grains of silicon carbide by means of a cement and heating them to, for example, 200 C
It has been found that such surge arresters are able to withstand shock waves very well,
of short duration, as are easily produced in common shock wave generators, in high voltage laboratories. However, the overvoltages which solicit these surge arresters cannot always be assimilated to short-term shock waves (order of magnitude of 50 to 100 s) but they appear, although more rarely, also in the form of shock waves of long duration (several thousand s) to which current surge arresters are less resistant.
<Desc / Clms Page number 3>
It has already been proposed to subdivide the non-linear resistance into several individual elements placed in parallel and to choose the dependency ratio of these elements on the voltage so that when the voltage increases new elements enter automatically. in action.
The aim of the present invention is not to obtain a selectivity with respect to the voltage but a selectivity with respect to the duration of the shock wave.
Another object of the invention is to improve the operation of lightning arresters and to make them more resistant to stresses by long-lasting shock waves.
According to the invention, the current-voltage characteristics of two resistors placed in parallel are different, such that in the event of stress by a long shock wave, one of the resistors has ever more conductivity. higher than the other and that in case of stress by a short shock wave said resistance has a conductivity always smaller than the other; the difference between the current-voltage characteristics being obtained by a determined bond between the surface layers of the grains, a bond characterized by the method of manufacturing the assembled grain resistors.
According to a particular embodiment of the invention, one connects in parallel on known non-linear resistors. "thermistors" having a suitable "current-voltage" characteristic,
Thermistors are already known; their 'current-voltage' characteristic differs very strongly from that of resistors called "non-linear" by the absence of any hysteresis, but thermistors also have a current-voltage characteristic which is not linear. and ..they are also made using semi-conductor grainsa Con-
<Desc / Clms Page number 4>
To what takes place in the fabrication of non-linear resistors the grains of the thermistors are sintered together.
The sintering does not however exclude the presence of a binder, but this binder has no other function than to ensure the cohesion of the cracks during the heat treatment. The difference in the manufacture of thermistors compared to that of non-linear resistors lies in the fact that the heat treatment is carried out at a temperature of about two thirds of the absolute melting temperature of the semiconductor grains or higher, temperature. :
re to which the surface layers of the grains applied against each other will soften and give rise to an interpenetration of the boundary layers
Consequently, the electrical resistance between the grains becomes negligible or at least comparable to the resistance of the mass of the grains, and the hysteresis observed in the current-voltage characteristics of the non-linear resistances does not appear in the current characteristics. -tension of thermistors.
According to another particular embodiment, non-linear resistors are manufactured with different varieties of semiconductor grains, for example two varieties of silicon carbide grains assembled according to a known manufacturing process, mentioned above.
,
In order to obtain a desired current-voltage characteristic, a variety of grains, which will be referred to herein as "electric", are selected according to certain criteria by means of electrical tests. This selection method is in principle known, but the present invention also relates to a particular feature of this selection method. The usual selection of the "electric" grain of silicon carbide is done when the silicon carbide slab is taken out of the oven. Samples were taken from different layers and reserved those whose samples met the electrical criteria.
The "current-voltage" characteristic of non-linear resistors is due to electronic conduction mechanisms.
<Desc / Clms Page number 5>
in the surface layers of semi-cDn & 1cteux grains. These mechanisms have not yet been satisfactorily explained.
According to new theoretical considerations, still unpublished, which have accompanied the development of the present invention, the conduction phenomena of lightning arrester resistances can be explained on the basis of the following energy model:
The surface layers of the grains, responsible for the current-tensin characteristic of non-linear resistors, have a certain crystalline structure with imperfections in the lattice, imperfections due to distortions of the lattice. Or the presence of foreign atoms. The electrons bound to the atoms of the lattice, to the foreign atoms, and to the imperfection centers, have their own energies, depending on the nature and the particularities of their connection to the lattice.
According to well-known quantum theory of solids, the spectrum of these energies is discontinuous.
This energy spectrum or model (FIG. 4 of the accompanying drawings) is thus made up of several discrete levels, and continuous bands of levels, "permitted" and other continuous bands of "forbidden" levels. Each permitted energy level can only be occupied by a single electron, by virtue of the Pauli exclusion principle.
At zero absolute temperature, the lowest levels in the energy scale, for example the H levels of the valence electrons are all occupied; while the higher levels are free, for example the C levels of free electrons, The limit level between the occupied levels and free levels call, according to known quantum theory, Fermi level F. The clear limit constituted by the level of fermi more and more erased as the temperature of the crystal rises, because a certain number of electrons, previously captured in lower levels, occupy higher levels.
<Desc / Clms Page number 6>
In the surface layers of the carbide grain of ailir ci = $ and in semiconductors in general, the Fermi level is found in. a few. forbidden band In the seeds covering resistances for surge arresters, the conduction phenomena can be explained, if one further supposes the existence in: the forbidden band of due allowed levels. imperfections of the lattice, and in particular an energy model according to FIG. 4, comprising: a) "donor" levels D, .due to isolated and relatively rare imperfections of the crystal lattice, at the height of the '.level of Fermi F, therefore occupied at room temperature;
b) "trap" levels S, due to. other isolated imperfections of the crystal lattice, located higher than the Fermi level F, therefore practically unoccupied at room temperature. c) the wide band of conduction levels C, located above the "trap" levels, almost unoccupied also at ambient temperature.
At room temperature, there is already a certain density of free electrons in the conduction band C. When these electrons are subjected to the action of an electric field, their temperature increases and those with sufficient energy can ionize "donor" centers. As a result, electrons jump from "donor" levels D in the conduction band C and increase the number of free electrons. The quantity of electrons thus becoming conduction electrons depends not only on the voltage applied across the resistance and on the ambient temperature, but also on the activation energy E of the "donor" centers. say of the difference 3 between the most highly placed "donor 'D levels and the most uas C conduction levels.
On the other hand, the existence of "trap" levels S, separated from A E (activation energy of the "trap" centers) of the conductive levels C, results in a
<Desc / Clms Page number 7>
part of the free electrons is captured again when they pass near "trap" centers.
Even without going into the details of the quantum theory of solid bodies, and of new particular theoretical considerations still unpublished, one can. understand that the differences E between the "donor" levels D and the conduction band C and ¯ E, between the "trap" levels S and the conduction band C, have an importance on the conduction phenomena.
The present invention makes it possible to choose semiconductor grains with a view to the manufacture of non-linear resistors following. measurements of the activation energies E and ¯ E above, in order to give them predetermined current-voltage characteristics.
The quantity E is responsible for the average ionization time constant tm according to the formula tm = ti exp E
AND In this formula ti is an individual -time constant, "exp" the symbol of the exponential function, k the Boltzmann constant and T the electron temperature.
When the voltage wave front is very steep, that is, when the duration t of the voltage wave front is very short, and smaller than tm, defined above, the free electrons sufficiently accelerated hardly have time to ionize or activate the "donor" centers; the density of free electrons therefore varies little during the passage of such a front. voltage wave and electrical conductivity remains small.
On the other hand, when the duration t of the front of the voltage wave is greater than the constant tm, the sufficiently accelerated electrons ionize the 'donor' centers and the electrical conduction increases appreciably during the passage of the wave front voltage.
<Desc / Clms Page number 8>
It follows that for a non-linear resistance, intended to flow short shock waves, it is necessary to choose a grain whose activation energy E is small enough for tm to be smaller: or comparable to the front duration of short shock waves. On the other hand, for a non-linear resistance intended to flow long chom waves, but not short shock waves, it suffices to choose a grain whose activation energy E is chosen such that tm is greater than the front duration of short shock waves, but smaller than the front duration of long shock waves.
The choice of a semiconductor grain having a surface layer with a value of the predetermined magnitude E, therefore makes it possible to manufacture non-linear resistors offering a high resistance to shock waves whose front duration is less than one. time tm determined by said value of E and the nature of the crystal lattice of the surface layers of the grains. i For example, if the grains are made of silicon carbide, and if E is equal to approximately 0.35 eV, tm is of the order of magnitude of one microsecond (On the other hand, if E is equal to approximately 0.40eV, tm is of the order of magnitude of 10 microseconds).
The invention also involves the quantity ¯ e in the choice of the ratio E This ratio E / ¯E is another ¯ E ¯ E quantity determining the conductivity # of a non-linear resistance in steady state:
EMI8.1
In this formula, A is a constant depending on the crystal network, U, the average voltage between two grains during the passage of the current (U, at the maximum value, can reach several volts); h a parameter strongly dependent on the crystal lattice and also on E, because:
EMI8.2
In this formula K depends on the crystal lattice.
The numerical value of h for common semiconductors does not exceed
<Desc / Clms Page number 9>
few units and is often less than 1 so that the value of the ratio E is predominant for the characteristic
AE current-voltage resistance.
It follows that for large E / ¯E, the conductivity in steady state ¯E is large and that when two resistors are put in parallel, a long wave is carried by the. resistance whose E / ¯E, is greater.
The method of manufacturing a protection device or lightning arrester according to the invention is characterized in that one chooses different varieties from one another of semiconductor grains according to certain electrical criteria, that one manufactures resistors non-linear according to processes known per se with each of these varieties of grains and that the resistances thus obtained are mixed in parallel in an electrical assembly, preferably in series with a stack of spark gaps .
Said electrical criteria are, in accordance with what has just been said above, measurements of magnitudes which make it possible to calculate the activation energies E of the "donor" centers and ¯E of the "trap" centers of the energy model according to the quantum theory.
Such measurements are for example the reading of the current-voltage characteristic in stationary mode, that is to say in direct current. These measurements make it possible in particular to deveumine, r in the region of very low currents, the ohmic resistance Bo for an intergraihs voltage U equal to zero from which it is possible to calculate E. It suffices to calculate the corresponding E o at Ro, taking into account the granulation of the thickness of the surface layers crossed and the average shape of the grains.
The relation for E can be deduced from the relation for # above by putting U = 0. The magnitude of the constant A can be calculated if we know the density of free electrons and the electron mobility in the surface layers. .
<Desc / Clms Page number 10>
The same measurements, plotted on a diagram in the form of
EMI10.1
allow to calculate E #E In this formula, I is the current passing through a determined series of grains, and # o the conductivity for U = 0, and U the inter-grain voltage; the symbol f means retort usually "function of" and the symbol "log" means the "logarithm of".
The parameter h can be determined by other measurements, but it is easier to represent the above function for several different hs and to choose the one in which the function is represented by a straight line. Two or three trial and error are usually sufficient to find the adequate parameter h. The slope of the line which we thus find is equal to the ratio E # E
The invention makes it possible to determine, with the aid of the theoretical quantities E and. ± ± E, which can be measured, the qualities of the grains which must be used to obtain non-linear resistances which, placed in parallel, are each selective for a wave shock given.
As can be concluded from the above, if a first variety of nonlinear resistors are intended to flow long shock waves, and a second variety of nonlinear resistors are intended to flow short shock waves, it is necessary that the parameters E1 and ¯ E1 of the grain selected for the first non-linear resistance, and the parameters E1 and ¯ E2 of the grain used for the manufacture of the second non-linear resistance satisfy at least one of the following two conditions and preferably to both ta) E1 # E2 b) E1 # E2 # E1 # E1
<Desc / Clms Page number 11>
The invention is explained below with respect to two non-limiting examples shown in the accompanying drawing. Fig 1 shows, in section, a surge arrester according to the invention.
Figures 2, 3, 8 and 9 are current-voltage diagrams. The voltage is there, plotted on the ordinate and the current on the abscissa according to arbitrary scales.
FIG. 4 already mentioned is an energy model, FIGS. 5,6, 7 are diagrams showing measurements in direct current.
The surge arrester, fig. 1, consists of a hollow insulator 1 closed by a bottom 2 and a cap 3. It contains a stack of spark gaps 4 and a stack of non-linear resistors 5. According to the invention, the non-linear resistors 5 are put in parallel with a thermistor 6 In the example shown, the non-linear resistors 5 have a toroidal shape while the thermistor 6 has a cylindrical shape and is housed in the axis of the non-linear resistors 5.
In the diagram, fig. 2, three current-voltage curves 7, 8, 9 are shown, respectively illustrating the characteristics of a thermistor, a non-linear resistance and a surge arrester according to FIG. 1 in the case of a short wave. The combination of the two characteristics 7 and 8 recorded at the terminals of the surge arrester is given by curve 9.
It can be seen that this is mainly defined by the characteristic of the non-linear resistance.
In fig. 3 are shown three current-voltage curves 10, 11, 12 respectively illustrating the characteristics of a -thermistor, a non-linear resistance and a lightning arrester according to FIG. 1 in the case of a long wave. The combination of the two characteristics. 10 and 11, recorded at the terminals of the surge arrester, is then given by curve 12. It can be seen that the latter is mainly defined by the characteristic of the thermistor.
<Desc / Clms Page number 12>
The lightning arrester according to the invention therefore makes it possible to flow short-term shock waves mainly through non-linear resistors and long-term shock waves, mainly through thermistors. As a result, the lifespan and the safety of such a surge arrester are increased.
'According to the second embodiment of the invention, the non-linear resistors 5 and the resistive elements 6 are both manufactured according to a usual method of manufacturing non-linear resistors for lightning arresters, but with different grain varieties so that their current-voltage characteristics are represented by diagrams 8 and 9
In FIG. 8 are represented three current-voltage curves 17, 18, 19 respectively illustrating the current-voltage characteristics of a first and of a second non-linear resistor and of a surge arrester according to FIG. 1 in the case of a short shock wave. The combination of the two characteristics 17 and 18 recorded at the terminals of the surge arrester is given by curve 19.
It can be seen that this is mainly defined by the characteristic of the second non-linear resistor.
In FIG. 9 are respectively represented three current-voltage curves 20, 21, 22 illustrating the characteristics of a first and of a second non-linear resistor and of a surge arrester according to FIG. 1 for the as of a. long shock wave. The combination of the two characteristics 20 and
21, recorded at the arrester terminals is given by curve 22.
It can be seen that the latter is defined mainly by the characteristic of the first non-linear resistor.
The arrester according to the invention therefore makes it possible to flow the short shock waves mainly through the second non-linear resistor and the long main shock waves.
<Desc / Clms Page number 13>
pale through the first non-linear resistor.
In the above example, the first and second non-linear resistors are made of a grain of silicon carbide selected during the manufacture of silicon carbide from the reading of the current-voltage characteristic in direct current, and by referring to the criteria to be observed concerning the values E and ¯ E.
FIG. 5 represents the log U / log 1 diagrams of the current-voltage curves 23 and 24 respectively of the first and of the second non-linear resistor. From these curves, we can deduce the magnitude Ro for each of these resistances. Indeed the points 25 and 26 on the x-axis directly give the values 1 respectively for the first and the second.
Ro nonlinear resistance. This is due to the fact that in the case represented the abscissa axis intersects curves 23 and 24 in the field of ohmic conductivity. It is always possible to achieve this case by choosing the units of current and voltage appropriately.
Log IRo / log (1 + hU) diagrams for both
U nonlinear resistances are not represented in the same figure, but in two figures 6 and 7. This is because the parameters h1 and h2 are not identical in the two cases.
FIG. 6 represents curve 23 obtained by transforming curve 23 of FIG. 5. In the example, the slope of 23 "representing E1 / ¯E1 is equal to 6.5. FIG. 7 represents the slope of 23".
E1 curve 24 'obtained by the transformation of curve 24 of FIG. 5. Curve 24' has a slope equal to E2 = 4.5 as # E2 shown in the figure.
A suitable method of performing DC measurements is, for example. fill an insulating tube having an internal diameter of 4.5 mm with 25 mg of semiconductor grains, in this case silicon carbide with a density of 2.5 g / cm3. In order to ensure a suitable electrical contact between the grains, we
<Desc / Clms Page number 14>
applies a pressure of 45 kg to the electrodes closing the test tube on both sides. When, for example, the average grain diameter is 0.1mm, the sample measured contains about 10 layers of 2000 grains. The resistance is due to the surface layers, the thickness of which is about 10-4cm.
In these surface layers, the mobility of electrons is very low so that the section of the current flow channel is determined by the contact surface, the magnitude of which is calculated by means of the elastic constants of the crystal. It follows that with the above measurement arrangement the conductivity and the resistance ro are related to each other by the relation
EMI14.1
On the other hand, in the relation # o = A exp (E / E), the
The factor A is, for the surface layers of silicon carbide, approximately equal to 1 # -1cm -1, and ET in the envisaged temperature range is equal to 0.026eV. It follows that in the case of silicon carbide, and with the measurement arrangement considered above, E can be calculated according to the numerical formula:
EMI14.2
E = 0.026 In R eV (la. = Natural logarithm) 1.5 for Ro = 107 #, we therefore obtain: E = 0.41 eV.
The value of AE can then be found from the slope which can be read directly in the diagrams (for example 6 and 7.) AN example of values E1, E2, E1 and E2 suitable ¯E1 ¯E2 for lightning arrester resistors, selectively flowing from short shock waves and long shock waves, is:
EMI14.3
It is obviously possible to measure the activation energies E and # e by other known methods, for example by conductivity measurements as a function of temperature, this
<Desc / Clms Page number 15>
which avoids the calculation, often approximate, of the geometric factors of the grains, of the density of the free electrons and of the electronic mobility involved in the above simple measurement method, or by "Debye-dipole" absorption measurements at adequate temperatures and frequencies. These other methods are moreover generally more precise, but much more difficult to carry out than the measurement method described above. ! The latter can satisfy in general the needs of the technique.
However, in order to avoid approximate calculations with several invariable quantities from one batch of grain to another, it is advisable to determine the value of E of a standard sample by one of the more precise and known methods, in order to to check and correct approximate calculations.
According to the example described above, silicon carbide grain was chosen for the two kinds of resistors. It is obviously possible to choose other semiconductor substances, but in order to fabricate selective non-linear resistors for short shock waves, it is necessary to choose a substance in which the mobility of electrons in the layers surface area has a critical value.
If the mobility of the electrons is too great, the number of impacts of the electrons with the lattice is low. Therefore, the electrons easily reach the required ionization energy and an electron avalanche is quickly established during the lattice. The sharp increase in voltage, but after the passage of the voltage wave, the low number of strikes with the lattice does not favor, but thwarts the recombination of the electrons with the donor centers. It follows that a non-linear resistor, made with a semiconductor grain in which the electron mobility is too great in the surface layers, has a very well defined starting voltage, but that it leaves pass too much following current.
If the mobility of electrons is, on the contrary, too
<Desc / Clms Page number 16>
small, the number of impacts of electrons with the crystal lattice is large. As a result, the electrons are always strongly braked and have difficulty reaching the necessary ionization energy. It follows that the importance of the electronic avalanche is all the greater as the voltage across the resistor is higher. On the other hand, when the voltage drops, the electrons immediately recombine with the donor centers thanks to the large number of impacts they make on the network.
It follows that a non-linear resistor, made with a semiconductor grain in which the mobility is too small in the surface layers, has a starting voltage increasing with the amplitude of the current wave at flow but that it limits the following current to a minimum.
The two cases described above represent the contradictory solutions from the point of view of the desired result which is: starting voltage independent of the amplitude of the current wave to be flown and very low follow-on current.
A good compromise is obtained when the electronic mobility in the surface layers of the semiconductor grains is of the order of magnitude of about 1 to 10 cm2 * This condition
V. s. is for example filled in silicon carbide.
Selective resistances for long waves are not subject to this critical condition for electronic mobility. Indeed, conduction phenomena are governed in principle by the laws determining the stationary regime. It follows that one can choose, for such a resistance, not only grains of silicon carbide, but also other semiconductor refactory grains such as Rue, for example in boron carbide of molybdenum and of vanadium or silicon or others which have significantly higher electronic mobility.
It is thus possible to choose for selective resistors to long shock waves varistors that can be
<Desc / Clms Page number 17>
find on the market or thermistors as 1 has already proposed above.
CLAIMS 1. Surge arrester consisting of spark gaps and non-linear resistors in semiconductor grains placed in parallel, characterized in that the current-voltage characteristics of the resistors placed in parallel are different such as in the event of stress by a shock wave long one of the resistors has a conductivity always higher than the other and that in the event of stress by a short shock wave said resistance has a conductivity always smaller than the other; the difference between the current-voltage characteristics being obtained by a determined bond between the surface layers of the grains, a bond characterized by the method of manufacturing the assembled grain resistors.
2. Surge arrester according to 1 characterized in that one of the resistors is manufactured in the usual way while the other is a thermistor.
3. Surge arrester according to 1 characterized in that the resistors are fabfiques with two varieties of different grains.
4. Surge arrester according to 1 or 3, characterized in that at least the good conductive resistors for short shock waves are made from a semiconductor grain in which the mobility of electrons in the surface layer is of the order size of about 10 cm2. volt.sec.
5. Surge arrester according to 1 or 3 or 4, characterized in that for the selection of the varieties of the grains, the activation energy E of the energy model according to quantum theory is prescribed.
6. Surge arrester according to 5, characterized in that the inter-grain resistance Ro is prescribed for an inter-grain voltage U equal to zero as a selection criterion for semiconductor grains.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.