Appareil à décharge électrique dans une atmosphère de gaz raréfié pour la protection des installations électriques contre des surtensions. La présente invention, due à M. Edouard Gomonet, est relative aux appareils à dé charge électrique dans une atmosphère de gaz raréfié pour la protection des installa tions électriques contre les surtensions éven tuelles, dénommées ci-après parafoudres.
Il est connu d'utiliser comme parafoudre un dispositif à décharge électrique dans une atmosphère de gaz raréfié construit pour s'amorcer avant que la surtension n'ait atteint une valeur susceptible de détériorer le matériel à protéger ou de nuire à la sécu rité des personnes appelées à utiliser ou à manipuler ce matériel et pour débiter vers la terre une énergie suffisante pour cette pro tection. Ces surtensions sont d'origines di verses (inductions de lignes électriques voi- sines ou de coups de foudre plus ou moins éloignés, contacts accidentels avec une ligne électrique voisine, coups de foudre directs, etc.) et elles mettent en jeu des quantités d'énergie très variables.
Quand la tension aux bornes du para foudre atteint. la. tension d'amorçage, le para foudre s'allume en lampe à lueur cathodi que , la lueur cathodique recouvrant alors une petite partie de la surface de l'électrode négative. Si la tension croît, le courant dé bité augmente et la lueur cathodique s'étend graduellement sur toute la surface de l'élec trode fonctionnant en cathode. Si l'énergie de la perturbation est suffisamment impor tante, la décharge passe ensuite du régime à lueur au régime d'arc; sur l'électrode fonc tionnant en cathode, la décharge se concentre alors en une tache cathodique dont les di mensions sont faibles mais la température très élevée.
Le parafoudre est alors soumis à un fonctionnement très sévère qui risque de modifier ses caractéristiques et, en parti culier, sa tension d'amorçage, malgré les pré cautions prises pour diminuer l'échauffement des électrodes comme en leur donnant une grande surface ou en facilitant leur refroi dissement. Après un tel fonctionnement, le parafoudre ne protège phis l'installation contre une nouvelle surtension dans les mêmes limites que le parafoudre neuf.
Le but de la présente invention est de réaliser un parafoudre capable de mieux supporter la décharge en arc que les para foudres actuellement connus, c'est-à-dire de conserver une grande constance de fonction nement., en particulier au point de vue de la variation de la tension d'amorçage. Cette tension dépend non seulement de la nature et de la pression des gaz de remplissage et de la forme et de la distance des électrodes, niais aussi de l'état de surface de celles-ci (nature cristalline, poli, etc.). Or, la tache cathodique qui se forme dans le fonctionne ment en arc modifie rapidement l'état de surface des électrodes.
Pour que cette modi fication n'influe pas sur la tension d'amor çage, chaque électrode des parafoudres selon l'invention présente au moins deux zones dont les positions relatives et les différences éven tuelles de composition superficielle et de forme sont telles que la décharge prenne toujours naissance sur tme première zone dite d' amorçage sans qu'il s'y produise d'arc et que, si la décharge a pris le régime d'arc, la tache cathodique soit toujours loca lisée sur la seconde zone dite de régime d'are et uniquement sur celle-ci.
Pour que l'amorçage ait lieu entre les zones prévues à cette intention, celles-ci ont de préférence une forme à faible rayon de courbure et peuvent être plus rapprochées l'une de l'autre qu'aucune autre partie des électrodes. On peut, de plus, éviter les aspé- rités sur ces zones pour régulariser l'amor çage et pour diminuer le retard à l'amor çage en réalisant un champ électrique le plus homogène possible.
Chaque zone de régime d'arc doit être de préférence suffisamment éloignée de l'autre électrode pour que, malgré les modi fications subies par cette zone sous l'action des arcs, la décharge ne s'amorce jamais à partir de la zone de régime d'arc . On peut appliquer sur chaque zone de régime d'arc tout moyen connu pour faciliter l'amorçage d'une tache cathodique sur cette zone ou son maintien, tel que: emploi de revêtements d'oxydes émissifs, hétérogénéité de la surface, par exemple par la présence de grains de matières semi-conductrices telles que le Car borundum, etc.
Il est avantageux de donner aux diverses parties des électrodes des positions relatives telles que les courants de convection, dus à la chaleur dégagée par la décharge ou les forces électromagnétiques ou les deux, ramènent vers la zone de régime d'arc l'arc qui se serait accidentellement amorcé sur une ailtre région de l'électrode. Pour régulariser la vitesse d'amorçage du parafoudre, on peut,' comme connu, utiliser à l'intérieur de cet appareil, le rayonnement de matières radioactives.
Les fig. 1, 2, 3 représentent, à titre d'exemple, trois réalisations de l'invention, vues en coupe par l'axe de chaque appareil. Dans les trois cas, les électrodes sont enfer mées dans unie enceinte de verre R remplie de gaz sous faible pression.
La fig. 1 représente un parafoudre des tiné à fonctionner, l'axe X-X étant à peu près horizontal. Dans l'enceinte R se trou vent deux électrodes dont chacune comporte une -arrivée de courant D et deux coupelles <I>A, C</I> fixées sur cette arrivée. Le bord<I>T</I> de chaque coupelle A est la partie de l'électrode correspondante la plus proche de l'autre électrode; ce bord T constitue la zone d'amorçage de l'électrode et détermine la. tension d'amorçage. Le bord U de chaque coupelle C est garni d'une couche d'oxydes émissifs et constitue la zone de régime d'arc .
Ce parafoudre comporte, en arrière de chaque électrode, -un écran de mica B quia pour but d'empêcher la décharge de contourner les électrodes et de venir se fixer sur les arrivées de courant. Quand la sur tension se produit, ime décharge à lueur s'amorce; elle part d'une portion du bord T constituant la zone d'amorçage et s'étend de proche en proche sur la surface de l'élec trode faisant office de cathode sans altérer celle-ci si elle a été convenablement dégazée.
Si l'intensité du courant traversant l'appa reil est suffisante, la lueur recouvre les cou pelles A et C et le tronçon Y de l'arrivée de courant qui les réunit. Si l'intensité du cou rant augmente encore, la décharge passe au régime d'arc; la tache cathodique se produit en un point du bord II de la coupelle C en raison de la présence d'oxydes émissifs que la décharge en lueur a échauffés. Les modifications de surface dues à la tache ca thodique sont limitées à la zone de régime d'are et sont ainsi sans action sur la ten sion d'amorçage.
Si, exceptionnellement, la tache cathodique se forme sur la coupelle A, elle ne s'y maintient pas, car les courants de convection dus au chauffage de l'atmosphère du parafoudre par la décharge déplacent l'arc vers le haut.
La fig. 2 représente un parafoudre de fonctionnement identique au précédent et dont chaque électrode comporte une partie conique L terminée par un arrondi F à faible rayon, sur lequel a lieu l'amorçage; le cône L est raceordé par un arrondi F à faible rayon de courbure à une partie cylindrique G des tinée à améliorer le refroidissement du cône <I>L,</I> de même que la collerette métallique<I>H</I> qui relie ce cône aux arrivées de courant J, K.
Sur l'arrondi F, qui constitue la zone de régime d'arc , sont incrustés des grains de carborundum qui ont pour rôle de fixer la tache cathodique d'où l'arc prend naissance et ainsi d'éviter qu'elle se forme sur l'ar rondi F qui constitue la zone d' amorçage .
Chaque électrode est portée par deux fils <I>J, K</I> d'arrivée de courant qui sont réunis ensemble extérieurement à l'appareil. Des écrans en mica I empêchent le contourne- ment par l'arc, comme dans la réalisation précédente.
La fig. 3 représente un parafoudre dont chaque électrode comporte un gros fil métal lique poli<I>N</I> et une hélice<B>31</B><I>à</I> simple ou double spiralage de fil en métal réfractaire recouvert d'oxydes alcalino-terreux, le gros fil et l'hélice étant montés en série; l'arrivée du courant, se fait à l'extrémité de l'hélice non conneetée avec le fil N.
Chaque fil N comporte un tronçon V situé à une distance de l'autre telle que l'amorçage de la décharge sc fasse entre ces tronçons sous la tension dé sirée pour L'amorçage d'un parafoudre et se fasse toujours entre ces tronçons; la zone de régime d'arc de chaque électrode est consti tuée par les hélices JI enduites de matière émissive.
Le mode de fonctionnement de cette forme de réalisation est, le suivant: Quand la surten sion se produit, une décharge en lueur s'amoree entre les tronçons V; au fur et à mesure que l'intensité augmente, la lueur s'étend et gagne l'hélice H qu'elle chauffe concurremment avec l'effet Joule dû au pas- sage du courant qui s'écoule par les fils N;
finalement l'arc éclate, sa tache cathodique se produisant sur l'hélice 111. L'amorçage de l'arc sur l'extrémité W d'une hélice, par où arrive le courant, se fait d'autant phis facile ment que, pendant la décharge en lueur, la chute ohmique due à la résistance de l'hélice 11 crée une différence de potentiel entre l'extrémité W et la zone d'amorçage de la même électrode.