Dispositif de décharge à éclateur pour la protection contre des surtensions. La présente invention concerne un dispo sitif de décharge à éclateur pour la protec tion contre des surtensions, par exemple en connexion avec des parafoudres ou appareils de parasurtension.
Les dispositifs de protection de ce genre ont la particularité de passer, en cas d'une surtension prédéterminée, d'un état sensible ment isolant ou tout au moins d'une résis tance très élevée, à un état où ils deviennent bon conducteur de l'électricité, et de retour ner à l'état primitif ou de réduire au moins le courant de décharge à une valeur relative ment petite lorsque la tension normale sera rétablie.
Le dispositif de protection faisant l'objet de la. présente invention a pour but d'accom plir trois fonctions: Premièrement, dans les conditions normales, d'empêcher la tension de passer à travers l'élément parasurtension; deuxièmement, lorsqu'une onde de surtension prédéterminée y est appliquée, l'intervalle à air de l'éclateur doit permettre le passage d'une onde de courant par le dispositif pro tecteur;
et troisièmement, lorsque l'onde de surtension a disparu, l'interstice de l'écla- teur en série doit interrompre le courant ré siduel passant par le dispositif et qui consti tue la faible quantité de courant de décharge qui tend à passer par le dispositif protecteur après le rétablissement des conditions de ten sion normales.
Par conséquent, le dispositif protecteur qui présenterait le plus grand de gré de protection pour le circuit ou conduc teur électrique auquel il est adjoint, serait un éclateur à intervalle d'air qui aurait la tension de rupture la plus faible possible lorsqu'une onde de surtension y est appliquée tout en ayant une résistance suffisamment élevée à 60 périodes ou à la fréquence nor male pour empêcher une rupture de l'inter valle d'air en raison de l'application de la tension normale de ligne. En plus, le disposi- tif protecteur devra posséder un pouvoir adé quat d'interruption ou d'extinction d'arc.
Jusqu'à présent on a utilisé en général un ou plusieurs éclateurs à intervalle d'air en série ayant des électrodes en laiton ou .en ma tière similaire, en connexion avec des pa rafoudres ou appareils de parasurtension. Ces éclateurs à intervalle d'air ont des pro priétés d'extinction adéquates, mais un rap port d'amorçage, ou rapport entre la surten sion d'amorçage et la tension de service qui a une valeur élevée indésirable, et leur vol tage d'amorçage à surtension est mal défini, rendant ainsi difficile' toute prévision du fonctionnement de l'éclateur à intervalle d'air dans des conditions différentes.
Tous les efforts antérieurs de réduire la tension d'amorçage d'un intervalle d'éclateur ont impliqué la difficulté d'obtenir un pouvoir d'extinction d'arc adéquat, attendu qu'une matière d'électrode d'éclateur qui ad met une rupture à une tension relativement basse, maintiendra en général d'une manière aussi tenace l'arc une fois formé et possède ainsi un pouvoir d'extinction d'arc médiocre.
On connaît un grand nombre de matières con venables pour la constitution d'éclateurs à intervalle d'air ayant un voltage d'amorçage relativement faible, notamment des sub stances cristallines telles que le carbure de si licium, avec ou sans liant, et des substances traitées ;au radium.
La présente invention se propose d'uti liser les propriétés désirables de telles sub- stanrxs pour électrodes d'éclateurs à inter valle d'air à faible voltage de rupture,
tout en maintenant le pouvoir d'extinction d'arc nécessaire du dispositif à éclateur à la vapeur convenable communément en usage jusqu'à présent dans les parafoudres ou appareils de parasurtension. Cela est réalisé en disposant la matière à faible voltage d'amorçage sous forme d'un corps à haute résistance et à proxi mité immédiate d'une matière d'électrode d'é- clateur à faible résistance ayant un bon pou voir d'extinction d'arc.
Il résulte de cette combinaison que la rupture de l'intervalle d'air se produira conformément aux pro- priétés de la matière à haute résistance à faible voltage de rupture, où l'arc sera en premier lieu amorcé, mais par suite de la ré sistance élevée de la matière, l'arc s'étendra par-dessus celle-ci et sera transmis à l'élé ment d'électrode adjacent à faible résistance, de sorte que l'arc de décharge se trouvera fi nalement reporté seulement sur l'élément d'é lectrode à faible résistance.
Ce transfert de l'arc se produira sensiblement instantanément ou pendant un laps de temps extrêmement court, parce que le voltage de l'arc aboutis sant sur la matière d'électrode à faible ré sistance sera plus petite que le voltage néces saire pour maintenir un arc aboutissant sur la matière d'électrode à haute résistance, de sorte qu'il se produira l'extinction de l'arc de la décharge initiale, et que le dispositif de parasurtension aura les mêmes caractéristi ques d'interruption d'arc que si la matière à faible voltage de rupture n'était pas là.
Le dispositif de protection suivant l'in vention comporte des électrodes principales espacées, en matière relativement bonne con ductrice, capable de supporter une décharge d'arc concentrée et ayant un pouvoir d'ex tinction d'arc adéquat, au. moins une de ces électrodes étant combinée avec des moyens d'amorçage d'arc comprenant une électrode auxiliaire en matière relativement mauvaise conductrice, adjacente à ladite électrode prin cipale, cette matière relativement mauvaise conductrice ayant un meilleur pouvoir d'a morçage de décharge que la matière de l'é lectrode principale,
mais possédant une si mauvaise conductibilité qu'elle est incapable de garder un arc à sa surface en présence de l'électrode principale.
Une forme d'exécution de l'objet de l'in vention est représentée, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel: La fig. 1 montre une vue en plan du dis positif de protection, et La fig. 2 en montre une coupe transver sale, avec une vue schématique d'un circuit électrique et en combinaison avec un appa reil de parasurtension pour protéger le cir cuit électrique. Le dispositif de protection représenté au dessin comporte deux électrodes principales 4 et 5 établies en laiton ou une autre matière de faible résistance électrique ayant un bon pouvoir d'extinction d'arc.
Ces électrodes sont séparées l'une de l'autre par un isolateur en porcelaine 6 de forme annulaire.
L'une des deux électrodes principales 4 et 5 est munie d'une électrode auxiliaire 7 y associée intimement et ayant de faibles qualités de rupture ou de décharge, mais une résistivité si élevée que tout arc formé sur elle sera. transféré immédiatement sur l'électrode principale adjointe. Dans la disposition re présentée au dessin, c'est l'électrode princi pale 4 qui est ainsi munie de l'électrode auxi liaire 7, mais il va de soi que les deux élec trodes principales pourraient être équipées de pareille électrode auxiliaire.
Comme représenté au dessin, la partie centrale de l'électrode principale 4 est mu nie d'un trou 8 dans lequel est moulé sous pression un bouchon en matière à haute ré sistance, constituant l'électrode auxiliaire 7 et qui peut être constitué d'un amas de cris taux de carbure de silicium réunis ensem ble et à l'électrode au moyen d'une substance liante de bonnes qualités isolantes, à la, place de carbure de silicium on pourrait aussi em ployer d'autres particules conductrices appro priées.
Le bouchon de carbure de silicium 7 pourrait aussi être traité au radium ou avec une autre substance radioactive, ou ce trai tement au radium pourrait être utilisé sans employer de cristaux de carbure de silicium, ces derniers étant remplacés par une autre substance donnant au bouchon sa haute résis tance électrique désirée. Ce bouchon à haute résistance est, comme dit, étroitement relié à l'électrode principale 4 en veillant à ce que les deux éléments soient espacés de l'autre électrode principale 5 approximativement de la même distance 9, poux former l'intervalle d'air entre ces parties.
Un ou plusieurs de ces dispositifs à, écla- teur peuvent être utilisés et être montés en série avec un ou plusieurs appareils de para surtension indiqués schématiquement en 11, le tout Entier étant connecté entre le circuit ou conducteur électrique 12 qui doit être pro tégé et la terre 18, le nombre de dispositifs re liés en série dépendant de la hauteur de la tension.
Lorsqu'on envoie dans le dispositif à écla- teur une tension qui va en augmentant, la matière du bouchon 7 émettra des électrons libres à un gradient de voltage moyen plus faible que la matière des électrodes princi pales 4 et 5, et la présence de ces électrons favorisera la décharge de l'éclateur. On a constaté que cet effet sur les caractéristiques de décharge de l'éclateur est très considérable lorsqu'il se manifeste une onde de surtension et qu'il en résulte une décharge.
Lorsqu'au début le voltage est appliqué au dispositif de protection, le bouchon 7 aura, avant la dé charge de l'éclateur, sensiblement le même potentiel que l'électrode principale _4 à la quelle ii est adjoint. L'accroissement de po tentiel sur cette électrode aura pour effet qu'un courant de charge capacitif passe à travers l'intervalle d'air de l'éclateûr 9 entre le bouchon 7 et l'électrode principale 5 ;
il est nécessaire que ce courant de charge passe de l'Électrode principale 4 par l'intérieur du bouchon 7, on obtient des gradients de poten- celui-oi. Par suite du courant passant par le bouchon 7 on obtient des gradients de poten tiel élevé entre les parties conductrices ou cristaux et ces gradients de potentiel libèrent des électrons qui influencent lé voltage de dé charge de l'éclateur et ont pour effet qu'il sera relativement bas par rapport au voltage de décharge d'un éclateur établi .dans son en semble avec la matière des deux électrodes principales 4 et 5 sans le bouchon 7.
LTne fois l'arc formé, il y aura une chute de tension considérable provoquée par le pas sage du courant d'arc par la matière à résis tance élevée du bouchon 7 et de plus, la haute résistivité de la surface 15 du bouchon 7 obli gera la base de l'arc à s'étendre sur cette sur face, plutôt que de se concentrer sur une pe tite aire de celle-ci, de sorte que tout arc qui se forme sur la surface du bouchon 7 sera immédiatement transféré à la surface adja- cente de l'électrode associée 4.
Ainsi, non seulement on empêche un échauffement excessif du bouchon à haute résistance 7, mais il en résulte également que le dispositif à éclateur gardera le même pouvoir d'extinc tion qu'il aurait eu si le bouchon auxiliaire 7 n'avait pas été utilisé.
Des essais comparatifs entre des disposi tifs de protection contre surtension anté rieurs et celui décrit ci-dessus ont démontré qu'aucun de tous ces dispositifs, anciens ou nouveau, n'a un voltage d'amorçage ou de décharge absolument fixe qui serait le même pour tous les dispositifs qui sont identiques entre eux en tant que cela peut être déterminé sans essai de décharge. Comme la plupart des caractères physiques de matières, les valeurs de décharge d'un grand nombre d'éclateurs similaires en apparence sont très différentes en réalité. Dans les anciens éclateurs, la va leur de décharge moyenne est non seulement.
plus élevée, mais l'étendue entre les valeurs élevées et les valeurs basses est plus grande que dans l'éclateur décrit. Ce dernier avec bouchon en carbure de silicium traité au ra dium a une rangée moins dispersée des va leurs de décharge en surtension, ou une dé charge mieux prévisible, pour un espace ou intervalle d'air donné, qu'un nouvel éclateur avec bouchon en carbure de silicium non traité au radium, tandis que les valeurs de décharge en surtension. de ce dernier sont à leur tour considérablement moins dispersées,
et également d'un ordre de grandeur moyen beaucoup plus bas que dans les anciens écla- teurs sans bouchon en carbure de silicium.
En se référant à des fonctions d'amorçage d'arc dans la description qui précède, on a également englobé toute fonction d'amor çage d'étincelle, sans discriminer exactement si la décharge primitive est une étincelle ou un arc.