Résistance électrique La présente invention a pour objet une résistance électrique du type utilisé pour les hautes tensions, comme résistances de commutation, diviseurs de tension, parafoudres, etc.
Le développement des résistances compactes à haute tension a rendu nécessaire l'emploi d'éléments de résistance faits d'une matière présentant une forte résistivité. On a rencontré des difficultés avec de telles résistances dues aux effets d'ionisation appa raissant par suite de concentrations de contraintes électriques près des bords des surfaces de contact métalliques sur les éléments de résistance. On a trouvé que ces difficultés peuvent être réduites et qu'on peut obtenir une résistance plus compacte en utilisant une barrière isolante spéciale sur chaque élément de résistance.
Les éléments utilisés jusqu'ici dans les résistances sont ordinairement sous forme de bloc et, si la ma tière dont est fait chaque bloc ne peut assurer un bon contact électrique avec un bloc semblable, on pulvérise un métal sur les surfaces de contact des blocs. Si on applique de forts voltages aux bornes d'un tel élément, les surfaces de contact métallisées ne doivent pas s'étendre trop près des bords du bloc par suite du danger croissant de décharge.
Cepen dant, même si l'on prend soin de veiller à ce que les extrémités des surfaces de contact métallisées soient assez éloignées du bord du bloc, l'arrangement peut encore ne pas donner satisfaction par le fait que la distribution du courant, quand la résistance est utilisée, entraîne l'apparition de fortes contraintes électriques dans le bord des surfaces métallisées et à proximité de ce bord, ce qui peut conduire à une ionisation qui favorise une décharge. La résistance électrique faisant l'objet de l'inven tion vise à remédier à ces difficultés.
Cette résistance comprend plusieurs éléments résistants, chaque élé ment présentant deux surfaces métallisées séparées dont l'une au moins est en regard d'une surface métallisée d'un élément adjacent, de manière que du courant électrique puisse circuler dans chaque élé ment en traversant ses surfaces métallisées. Elle est caractérisée en ce que chaque élément porte de la matière isolante s'étendant sur au moins une partie de sa surface non métallisée, afin d'augmenter la tension disruptive des éléments.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quatre formes d'exécution de la résistance selon l'in vention.
La fig. 1 est une coupe partielle de la première forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe partielle de la deuxième forme d'exécution.
La fig. 3 est une vue partielle de la troisième forme d'exécution.
La fig. 4 est une coupe partielle de la quatrième forme d'exécution.
La fig. 5 est une coupe agrandie d'un détail la forme d'exécution représentée à la fig. 4.
Les résistances représentées aux fig. 1 et 2 pré sentent des éclateurs entre les éléments de résistance adjacents. Ces éclateurs ne font pas partie de l'in vention. Ils servent simplement à donner à la résis tance un caractère spécial et, dans beaucoup de constructions, il suffit de disposer un plateau métal lique entre les éléments de résistance pour assurer un bon contact entre eux.
La résistance représentée à la fig. 1 comprend une série d'éléments de résistance 10 ayant la forme de cylindres et constitués par une matière à haute résistivité, par exemple en carbure de silicium. Les surfaces d'extrémités 10a de ces éléments faisant face aux surfaces d'extrémités semblables des éléments adjacents sont métallisées. Des plateaux métalliques 11 sont en contact étroit avec ces surfaces d'extré mités et présentent des saillies centrales 11a.
Ces saillies lla constituent un éclateur entre chaque élé ment de résistance. Les plateaux 11 sont séparés par des anneaux isolants 12. Chaque élément 10 est entouré d'un anneau 13, en polyéthylène par exem ple, qui constitue une barrière isolante et qui enserre étroitement l'élément et sert à mettre l'élément en place centralement dans une enveloppe isolante com mune 14 en porcelaine. Les anneaux 13 servent à monter les éléments 10 dans l'enveloppe 14,
et il n'est pas avantageux que ces anneaux constituent des joints étanches à l'air entre les espaces annulaires compris entre les éléments et l'enveloppe et limités par les anneaux 13. En conséquence, un évidement peut être ménagé dans la paroi interne de l'enve loppe ou, d'une autre manière, des prolongements peuvent être prévus sur les anneaux pour que le gaz remplissant ces espaces annulaires puisse être com primé.
Lors du fonctionnement, quand la résistance est soumise à un fort voltage, les anneaux 13 servent à augmenter le trajet de grimpement électrique autour d'un élément 10, entre ses surfaces extrêmes métal lisées. Comme les anneaux 13 sont composés d'une matière élastique, la résistance peut être construite de manière que les anneaux soient maintenus fer mement entre l'enveloppe de porcelaine 14 et les éléments 10. Par conséquent, il y a peu de chances que les éléments 10 se déchargent par suite de la formation d'un chemin de moindre résistance.
Ce point est particulièrement important pour une résis tance destinée à être comprimée afin de permettre le réglage de la rigidité de l'éclateur.
L'emploi des anneaux 13 tend à éviter la for mation d'un chemin de moindre résistance, et il est avantageux, en outre, de réduire la tendance à l'ioni sation sur les bords des surfaces métallisées des élé ments. Cela peut être fait en couvrant le bord de la surface métallisée et les bords des éléments eux- mêmes d'une matière isolante. Il se développe ainsi de fortes contraintes électriques sur les bords des surfaces métallisées, ces contraintes étant présentes dans un milieu doué d'une forte rigidité diélectrique.
Il en résulte que la résistance à la rupture dans cette région est considérablement augmentée et que la ten dance à l'ionisation est ainsi réduite.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 2, les anneaux 13 sont remplacés par des revêtements 15 d'une matière isolante, de<B>l' </B> Araldite (marque déposée) par exemple. Ces revêtements sont coulés autour de chaque élément de résistance pour recou- vrir les bords des surfaces métallisées de l'élément. Les parties similaires à celles représentées à la fig. 1 portent les mêmes chiffres de référence. Dans cette forme d'exécution, les surfaces des revêtements 15 ne sont pas en contact avec l'enveloppe dé porce laine 14.
Chaque revêtement 15 présente trois ner vures 15a également espacées qui forment un canal annulaire entre les éléments 10 et l'enveloppe 14 et à travers laquelle l'air compris dans la résistance peut être comprimé.
On peut envisager des éléments d'une construc tion plus simple. Ainsi, dans la forme d'exécution de la fig. 3, le bord des éléments 10 est revêtu en 16, sur le bord des surfaces métallisées et près de ce bord, avec une matière isolante telle qu'un vernis, formant barrière isolante. On réduit ainsi la tendance à l'ionisation dans ces régions. Ces éléments sont assemblés de façon analogue à l'assemblage des élé ments des formes d'exécution décrites ci-dessus.
Il est évident que, dans une construction simple, un revêtement isolant de cette forme peut être utilisé comme moyen unique de diminuer l'ionisation, mais on préfère cependant l'utiliser conjointement à des barrières isolantes sous forme des anneaux 13 de la fig. 1 ou des revêtements 15 de la fig. 2. En effet, en prenant deux mesures de précaution contre la décharge, un petit défaut de construction peut ne présenter que peu d'effet au total.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 4 et 5, les éléments de résistance sont cylindriques. Chaque élément 50 est fait d'une matière à haute résistivité (carbure de silicium), dont les bords sont chanfreinés. Chaque extrémité d'un élément 50 pré sente une couche superficielle métallisée 51 qui s'étend jusqu'aux bords chanfreinés. Un revêtement 52 est moulé autour des éléments.
Il est fait d'une matière isolante présentant une forte rigidité élec trique, et il entoure complètement la surface cylin drique des éléments 50 et recouvre les bords chan- freinés de ces éléments et les bords des surfaces de contact métallisées 51. Le revêtement 52 peut être fait, par exemple, en Araldite .
Les éléments sont connectés en série, le contact étant établi entre les surfaces de contact métallisées 51 adjacentes à l'aide d'une plaque métallique 53. Cet ensemble d'éléments constitue la résistance, et quand celle-ci est soumise à une haute tension et quand un courant s'écoule à travers les divers élé ments 50, il se produit des défauts d'uniformité dans le gradient de contrainte électrique par suite d'un manque d'homogénéité électrique et d'irrégularités dans la forme et le contour superficiel des éléments 50. En l'absence de revêtement protecteur 52, ces gradients électriques tendent à entramer des effets d'ionisation qui conduisent à la décharge.
On a cons taté qu'en recouvrant la surface externe de l'élément 50 avec une matière diélectrique homogène, la ten sion disruptive de l'élément de résistance peut être augmentée. En outre, une augmentation plus impor tante de la tension disruptive est obtenue si le revê tement de la surface externe de l'élément recouvre les bords des surfaces de contact métallisées aux extrémités de l'élément. Ainsi, on a constaté qu'avec le revêtement 52, la tension disruptive de l'élément est doublée. On pense que cela est dû au fait que les fortes contraintes électriques développées sur les bords des surfaces de contact métallisées 51 sont contenues dans un milieu qui présente une forte rigi dité diélectrique.
Il en résulte que la résistance à la rupture dans cette région est considérablement aug mentée et que la tendance à l'ionisation est réduite.
Pour fabriquer une résistance selon la forme d'exécution représentée aux fig. 4 et 5, on préfère mouler le revêtement 52 autour des éléments 50. La matière utilisée pour mouler le revêtement peut être une matière quelconque présentant un bon pou voir isolant de l'électricité et qui soit facile à mouler. On peut utiliser 1' Araldite ou d'autres époxy- résines, par exemple. On peut utiliser également le butyl-caoutchouc. Les éléments 50 et les plaques 53 sont assemblés et une pression est exercée dans la direction indiquée par les flèches.
Le revêtement 52 est alors moulé autour de tous les éléments 50 en même temps. Il faut noter que le diamètre des pla ques 53 est un peu inférieur à celui des surfaces de contact métallisées 51. Cela permet à la matière constituant le revêtement 52 de pénétrer vers l'in térieur entre les blocs adjacents, de manière à re couvrir les bords des surfaces 51. Avec une telle résistance, on prévoit normalement de maintenir une pression sur les surfaces de contact pendant l'emploi de la résistance. On peut utiliser, à cet effet, des rondelles élastiques montées dans des structures complexes remplaçant les plaques de contact 53.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 4, le revêtement 52 peut ne pas être moulé autour des éléments 50, mais comprendre un manchon élas tique. En outre, les plaques de contact 53 peuvent être remplacées par une structure à éclateurs, ce qui nécessite une cale isolante pour fixer la position des éléments 50 quand le revêtement 52 est appliqué. Les surfaces de contact métallisées 51 peuvent être normalement très minces. Une de ces surfaces est représentée, à plus grande échelle, à la fig. 5. Cette figure montre clairement comment le revêtement 52 recouvre les bords de la surface métallisée 51.
Electrical resistance The present invention relates to an electrical resistance of the type used for high voltages, as switching resistors, voltage dividers, surge arresters, etc.
The development of compact high voltage resistors has made it necessary to use resistance elements made of a material exhibiting high resistivity. Difficulties have been encountered with such resistors due to ionization effects occurring as a result of electrical stress concentrations near the edges of the metal contact surfaces on the resistance elements. It has been found that these difficulties can be reduced and that a more compact resistance can be achieved by using a special insulating barrier on each resistance element.
The elements heretofore used in resistors have usually been in block form and, if the material of which each block is made cannot ensure good electrical contact with a similar block, a metal is sprayed on the contact surfaces of the blocks. If high voltages are applied to the terminals of such an element, the metallized contact surfaces should not extend too close to the edges of the block due to the increasing danger of discharge.
However, even if care is taken to ensure that the ends of the metallized contact surfaces are far enough from the edge of the block, the arrangement may still not be satisfactory in that the current distribution, when the resistance is used, causes the appearance of strong electrical stresses in the edge of the metallized surfaces and in the vicinity of this edge, which can lead to ionization which promotes discharge. The electric resistance forming the subject of the invention aims to remedy these difficulties.
This resistor comprises several resistive elements, each element having two separate metallized surfaces of which at least one is opposite a metallized surface of an adjacent element, so that electric current can flow in each element by passing through its metallic surfaces. It is characterized in that each element carries insulating material extending over at least part of its non-metallized surface, in order to increase the breakdown voltage of the elements.
The accompanying drawing shows, by way of example, four embodiments of the resistance according to the invention.
Fig. 1 is a partial section of the first embodiment.
Fig. 2 is a partial section of the second embodiment.
Fig. 3 is a partial view of the third embodiment.
Fig. 4 is a partial section of the fourth embodiment.
Fig. 5 is an enlarged section of a detail of the embodiment shown in FIG. 4.
The resistances shown in fig. 1 and 2 have spark gaps between adjacent resistance elements. These spark gaps are not part of the invention. They serve simply to give the resistance a special character, and in many constructions it is sufficient to place a metal plate between the resistance elements to ensure good contact between them.
The resistance shown in fig. 1 comprises a series of resistance elements 10 having the shape of cylinders and made of a material with high resistivity, for example silicon carbide. The end surfaces 10a of these elements facing the like end surfaces of adjacent elements are metallized. Metal plates 11 are in close contact with these end surfaces and have central projections 11a.
These projections 11a constitute a spark gap between each element of resistance. The plates 11 are separated by insulating rings 12. Each element 10 is surrounded by a ring 13, made of polyethylene for example, which constitutes an insulating barrier and which tightly surrounds the element and serves to put the element in place centrally. in a common insulating envelope 14 made of porcelain. The rings 13 are used to mount the elements 10 in the casing 14,
and it is not advantageous for these rings to form airtight seals between the annular spaces between the elements and the casing and limited by the rings 13. Consequently, a recess can be made in the internal wall of the casing. the casing or alternatively extensions may be provided on the rings so that the gas filling these annular spaces can be compressed.
In operation, when the resistor is subjected to a high voltage, the rings 13 serve to increase the electrical climb path around an element 10, between its metallic end surfaces. Since the rings 13 are made of an elastic material, the resistor can be constructed so that the rings are held firmly between the porcelain casing 14 and the elements 10. Therefore, the elements are unlikely to occur. 10 discharge as a result of the formation of a path of least resistance.
This point is particularly important for a resistance intended to be compressed in order to allow the rigidity of the spark gap to be adjusted.
The use of the rings 13 tends to avoid the formation of a path of least resistance, and it is further advantageous to reduce the tendency to ionize at the edges of the metallized surfaces of the elements. This can be done by covering the edge of the metallized surface and the edges of the elements themselves with an insulating material. Strong electrical stresses thus develop on the edges of the metallized surfaces, these stresses being present in a medium endowed with high dielectric rigidity.
As a result, the tensile strength in this region is considerably increased and the tendency to ionization is thus reduced.
In the embodiment shown in FIG. 2, the rings 13 are replaced by coatings 15 of an insulating material, of <B> the </B> Araldite (registered trademark) for example. These coatings are cast around each resistance element to cover the edges of the metalized surfaces of the element. The parts similar to those shown in FIG. 1 bear the same reference numbers. In this embodiment, the surfaces of the coverings 15 are not in contact with the woolen casing 14.
Each coating 15 has three equally spaced ribs 15a which form an annular channel between the elements 10 and the casing 14 and through which the air included in the resistance can be compressed.
One can envisage elements of a simpler construction. Thus, in the embodiment of FIG. 3, the edge of the elements 10 is coated at 16, on the edge of the metallized surfaces and near this edge, with an insulating material such as a varnish, forming an insulating barrier. This reduces the tendency to ionize in these regions. These elements are assembled in a similar way to the assembly of the elements of the embodiments described above.
Obviously, in a simple construction, an insulating coating of this form can be used as the sole means of decreasing ionization, however it is preferred to use it in conjunction with insulating barriers in the form of the rings 13 of FIG. 1 or coverings 15 of FIG. 2. Indeed, by taking two precautionary measures against discharge, a small construction defect may have little effect in total.
In the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the resistance elements are cylindrical. Each element 50 is made of a high resistivity material (silicon carbide), the edges of which are chamfered. Each end of an element 50 has a metallized surface layer 51 which extends to the chamfered edges. A coating 52 is molded around the elements.
It is made of an insulating material having high electrical rigidity, and it completely surrounds the cylindrical surface of the elements 50 and covers the chamfered edges of these elements and the edges of the metallized contact surfaces 51. The coating 52 may be done, for example, in Araldite.
The elements are connected in series, the contact being established between the adjacent metallized contact surfaces 51 by means of a metal plate 53. This set of elements constitutes the resistor, and when the latter is subjected to a high voltage and when a current flows through the various elements 50, defects of uniformity in the electrical stress gradient occur due to lack of electrical homogeneity and irregularities in shape and surface contour elements 50. In the absence of protective coating 52, these electrical gradients tend to initiate ionization effects which lead to discharge.
It has been found that by covering the outer surface of the element 50 with a homogeneous dielectric material, the breakdown voltage of the resistance element can be increased. In addition, a greater increase in the breakdown voltage is obtained if the coating of the outer surface of the element covers the edges of the contact surfaces metallized at the ends of the element. Thus, it has been observed that with the coating 52, the breakdown voltage of the element is doubled. This is believed to be due to the fact that the strong electrical stresses developed on the edges of the metallized contact surfaces 51 are contained in a medium which exhibits high dielectric strength.
As a result, the tensile strength in this region is considerably increased and the tendency to ionize is reduced.
To manufacture a resistance according to the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, it is preferred to mold the liner 52 around the elements 50. The material used to mold the liner can be any material having good electrical insulating ability and which is easy to mold. Araldite or other epoxy resins can be used, for example. Butyl rubber can also be used. The elements 50 and the plates 53 are assembled and pressure is exerted in the direction indicated by the arrows.
The coating 52 is then molded around all of the elements 50 at the same time. It should be noted that the diameter of the plates 53 is a little less than that of the metallized contact surfaces 51. This allows the material constituting the coating 52 to penetrate inwardly between the adjacent blocks, so as to cover them again. edges of surfaces 51. With such resistance, it is normally expected that pressure will be maintained on the contact surfaces while the resistance is employed. Spring washers mounted in complex structures replacing the contact plates 53 can be used for this purpose.
In the embodiment shown in FIG. 4, the coating 52 may not be molded around the elements 50, but include an elastic sleeve. Furthermore, the contact plates 53 can be replaced by a spark gap structure, which requires an insulating shim to fix the position of the elements 50 when the coating 52 is applied. The metallized contact surfaces 51 can normally be very thin. One of these surfaces is shown, on a larger scale, in FIG. 5. This figure clearly shows how the coating 52 covers the edges of the metallized surface 51.