Dispositif protecteur pour circuits électriques. L'objet de la présente invention est titi dispositif protecteur pour circuits électriques, du type<B>à</B> décharge lors<B>de</B> la manifestation de surcharges dangereuses, pouvant s'appli quer avantageusement comme parafoudre.
Ce dispositif protecteur comporte une masse à décharge, à substance de faible ré sistance électrique capable d'être convertie instantanément et en permanence, en absor bant de l'énergie, en une substance de résis tance électrique élevée pour enrayer la dé charge, en combinaison avec au moins nue électrode pour faire passer la décharge par ladite substance.
De préférence, cette substance consiste en u n composé chimique normalement con ducteur, mais susceptible d 'être converti par de la chaleur en titi composé chimique non- conducteur, l'électrode étant isolée de ce coin- posé. Un composé de ce genre est par exem- pie ut) oxyde de plomb conducteur, tel que le peroxyde de plomb, capable d'être changé par la chaleur en titi oxyde non-conducteur. Cette substance rentre avantageusement dans la composition<B>de</B> la masse à décharge à l'état de poudre, des moyens étant prévus pour localiser le passage des décharges.
La masse protectrice peut être placée entre plusieurs plaques conductrices, formant électrodes, enduites de couches isolantes et maintenues séparées les unes des autres et en bonne position par titi espaceur isolant établi il, cet effet.
Le dessin annexé représente, à titre d'ex emple, plusieurs forme,, dexécution de foli- jet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une forme dexéeution pour faibles voltages; La fig. 2 est nue coupe longitudinale d'une forme d'exécution pour voltages élevés; La fig. <B>3</B> montre nue autre forme d'exé cution pour voltages élevés, avant titi écran pare-arc pont- empêcher titi court-circuitage du dispositif -5 <B>-</B> La fig. 4 est unie section longitudinale d'une autre forme d#exécution encore pour voltages élevés, composée de plusieurs utilités établies suivant la fig. 3;
La fig. 5 montre, en coupe longitudinale, une foirme d'exécution du dispositif qui con- vieniit pour des circuits à environ 600 volts.
La formiie d'exécution reprusentée en lig. 1 comporte une boîte 1 eu matière isolante. Felifermant des plaques conductrices 2, fur- mant électrodes, reliées aux bornes 3. Entre eu, plaque, ou électrodes 2 se trouve la miasse 4, de remplissage, composée entière ment ou partiellement de peroxyde de plomb pulvérisé et constituant le chemin de dè- ebarge entre les électrodes.
Il paraît être certain que, comme le peroxyde de plomb est lun conducteur de chaleur bien faible, truce décharpe se manifestant depuis uineu des èlectrodes produira,au point de décharge, un éclhatiffement local fort intense, qui change iiistantanéiiiment titre très faible quantité de peroixyde de plomb en un oxydê inférieur avant une réSistance électrique élevée. Par exniple, un evnitiniètre cube de peroxyde de plomb Pb 02, ayant titre résistance électri- quu de 1/2 Oblhm peut être convertie, par de la chaleur, eu l'oxyde inférieur Pbi3 04 ayant truce résistariee électrique de 24,000,000 olinms, ou bien en un autre oxyde hnférieur, PbO, avant titre résistance électrique encore plus élevée.
Il résulte de ce grand changement permanent dans la résistance électrique<B>de</B> cette partie de la masse de remplissage 4 affectée par la décharge que la masse devient sensiblement non-conductrice sur le chemin<B>de</B> décharge pour enrayer en quelque sorte la décharge de sorte que tout de courant ulterleur est emnpêelhé en eut endroit. Le peroxyde de plomb est lun très bon conduucteur électrique et fournit un chemin de très faible résistance pour des dé charges, de sorte qu'une grande quantité de courant peut y passer aussi longtemps que la matière sur le chemin de décharge reste ineliangée et le délai on retard pour com- menuer la décharge après que<B>le</B> voltage <B>U</B> appliqué dépasse la valeur normale, est très faiule.
Charquie décharge exige de l'énergie et dans bien des cas, une ou deux décharges suffisent pour décharger une ligne du poten <B>b b</B> tiel anormal y appliqué. Si, pour titre raison quelconque, le potentiel anormal est encore présent après que la première décharge a converti le peroxyde de plomb à l'endroit de cette décharge cri un oxyde inférieur, une seconde décharge se manifeste en quelqu'autre point sur les électrodes et convertit une cer- taille quantité (le peroxyde de plomb à ect autre point eni un oxyde inférieur, arrêtant par là le flux du courant au point de la se conde décharge, et ainsi<B>de</B> suite, jusqu'à ce que linalement, qnatid le potentiel entre les bornes du dispositif devient normal, aucun courant lne passe plus.
Comme chaque dé charge est confinée à une aire très petite, la densité de courant dans cette aire sera telle- tirent grande que la chaleur développée cou- vertit instantanément le peroxyde de plomb dans cette aire en un oxyde ou eni des oxydes inférieurs avant titre résistance électrique bien Plus grande.
Les électrodes 2 sont d'ttiie aire suffi sante. pour permettre à une grande quan- tit6 de décharges d*avoir lieu en différents points sur elles avant que tout le peroxyde de plomb se rejoignant aux électrodes soit converti en oxydes inférieurs non-conducteurs.
Bien que, le peroxyde de plomb soit em ployé<B>de</B> préférence sous la forme d*une pou dre fine, il peut aussi être établi cri forme de tourteau ou (le corps solide en le soumet- tarit â 1111V pression ou en le mélangeant avec mi liant approprié, tel que du goudron. Et) faisant varier la pression<B>à</B> laquelle il est soumis, sa résistance électrique peut être amenée<B>à</B> varier.
Il peut être traiisfé)i iii(- en une. pâte art moyen d un liquide approprié, tel que de l'eau, et il convient alors tout<B>à</B> fait pour être employé avec des électrodes ci) aluminium, sur lesquelles, si on<B>le</B> désire, titi enduit ou recouvrement isolant peut è#tru appliqué préalablement par voie électrolytique.
Les électrodes '2 peuvent être faites<B>(le</B> Fuii quelconque des métaux on autres ma tières conductrices et être établies, cri forme de plaque, de. brosse, de treillis de<B>fil</B> métal lique ou d'un jeu de barres métalliques adja centes. Dans certains cas, il peut être dési- rable de former des grains on rugosités<B>à</B> la surface des électrodes et de lenduire de nia- tière de remplissage ou de fines granules, oui de pourvoir autrement leur surface de nom breuses pointes de décharge.
L'énergie de toute décharge des électro des<B>à</B> la masse 4 pourra être concentré(, sur une aire restreinte de celle-ci par titi enduit on recouvrement isolant 5 entre les électrodes et la surface de la masse 4. Un enduit de ce genre peut être formé par exemple en imprimant un voltage normal aux électrodes mises en contact avec le peroxyde<B>de</B> plomb, ce qui a pour effet que suffisamment de per oxyde de plomb<B>à</B> proximité immédiate des électrodes sera converti en une couche d'oxyde inférieur non-conducteur pontr empêcher un fltix de courant au voltage normal.
Pendant cette opération, le courant est maintenu dans des limites telles qu'il n'y aura pas de dan ger de convertitr toute la quantité du per oxyde de plomb en oxydes inférieurs non- conducteurs. La meilleure méthode est de pourvoir les électrodes 2 (oui l'une d'elles seulement) d'une couche isolante d'épaisseur uniforme et appropriée avant que le disposi tif soit asseimiblé. L'épaissetur de cette couche petit varier dans de larges limites et dépend <B>dit</B> voltage normal, des caractéristiques<B>de</B> la matière utilisée pour cette couche et de l'étendue<B>à</B> laquelle le voltage imprimé est laissé s'élever au-dessus de la valeur normale avant de se décharger par la couche il la masse de remplissage.
Petitr protéger une ligne dont le potentiel normal est d'environ 300 volts, on a trouvé qu'un dispositif avec une masse de peroxyde de plomb entre deux électrodes dont chacune est pourvue d'une couche de vernis isolant d'une épaisseur d'cii- viron 1/40 millimètre qonne de bons résultats et permet une décharge<B>à</B> une valeur titi peu inférieure au double du voltage normal de ligne.
Le recouvrement isolant sur les électrodes peut être produit cri appliquant une mince couche uniforme de vertus isolant à la sur face bien nettoyée des électrodes, par exemple, au pinceau, par immersion, par projection etc. En plongeant les éleetrodues dans une so lution de consistance voulue et en les pas- saut au four à (trio température uniforme, toutes leurs partius seront enduites de cou ches isolantes de sensiblement la même épais- sentr. Des recouvrements isolants de différents degrés de ténacité, d'élasticité et de pouvoir diélectrique peuvent être obtenus en faisant varier la composition ou la consistance du vernis,
en chatiffant au four à des tempéra tures différentes oui réalisant ce eliauffage à dles températures fixes Pendant dus périudes différentes.
Au lieu din vernis, on peut aussi eni- ployer pour la couche isolante, nue pâte d'un sel de plomb, tel que le monoxyde de plomb, mélangé avec titi liquidel, tel que de la gly cérine, de Fhuile ou (le l'eau on bien on petit appliquer aux électrodes du peroxyde de plomb mélangé avec titi liquide et puis transformer le peroxyde de plomb en une couche isolante eni y faisant passer titi cou rant électrique, en le chauffant, on en pro- dluisant de toute autre manière sa transfor- ination periiiaiiente en titi oxyde inférieur.
On1 Petit aussi projeter sur les électrodes du verre on de Uniail liquide on titi métal fondu capable de former facilement nue couche d'oxyde non-conducteur, pir exemple du plomb métallique fondu projeté sur une élee- trode en cuivre peut être oxydé en titi o_#yde <B>de</B> plomb non-conducteur. <B>-</B> Des recouvrements isolants puuvent aussi être, produits par voie électrolytique.
Si IMec- trode est titi aliiiiiiiiiiiiii, elle petit être itiimer- gée dans l'un queleonque des électrolytus connus;
si<I>elle</I> est cri plomb, on la plongera dans titi électrolyte renfermant #un ortho- plombate alcalino-terreux, tel que l'ortho- plonibate de calcium, L'électrode petit aussi être recouverte, par voie électrolytique, d'une mince couche de plomb oui de peroxyde de plomb dans titi électrolyte formé de soude caustique et de Jitharge, la couche étant en suite transformée en sels de ploriii) noji-con- ducteurs, tels que les oxydes inférieurs.
les Sulfures Ou les sulfates. La couche Isolante petit être formée chi- miquenient en chauffant une électrode de plomb dans Fair ou l'oxygène ou en proje tant une poudre oxydante, tel que du per- oxyde de plomb sur l'électrode métallique pendant que celle-ci est chaude.
L'action de la, couche isolante 5 en con- centrant la décharge sur une partie restreinte de la inasse de remplissage 4 petit être faci litée en affaiblissant la, couche en des points prédéterminés, comme par exemple en per çant la couche ou en y distribuant des par ticules conductrices. Le petroxyde de plomb rentrant dans la composition de cette malsse sera de préférenue pur, bien que la conclue- tibilité de celle-el ne change pas d'une facon appréciable jusqu'à ce que la teneur en per oxyde de plomb soit réduite à environ 50%. Pontr les meilleurs résultats, le peroxyde de plomb devra être finement pulvérisé, mals ne pas êt re très dense.
On petit le préparer en introduisant, sous agitation, du plomb rouge (Minium) clans une solution alcaline et en y ptassant du chlore, en maintenant la solution coiiceritirée, la température à environ 80 C, et en Miminant ensuite soigneuse ment tout l'alcalin, de façon à obtenir nu produit qui est floconneux et ne se dépose pas facilement en suspension datns l'eau.
Les propriétés de la masse 4 peuvent être modifiées en faisant varier la pression qui s i v excerce et awussi en y niv mélangeant des ma tières appropriées. Par exemple, la résistance d'une masse de remplissage à bise de per oxyde de plomb petit être atugmnent6e en y niélaingeaniiit du petoxyde de baryum, de l'alu- miiiiiiiii, du tétraborate d'ammonium, de la galène, du carbortinduin etc., de préférence à l'état granuleux ou pulvérisé, oui bien sa <B>M</B> résistance petit être diminuée en répartissant dans la masse dces granules métallique, on coiiducteurs. Oin petit aussi mélanger avec le peroxvydte de plomb un agent catalytique, tel que le bioxyde de manganèse, pont absorber de l'oxnygène de l'air et remplacer celui perdu par la réduction iiii petoxyde de plomb.
Si le dispositif augmente en résistance avec soit emploi,il peut être ranieé approxi- niativenient à sa condition et sa résistance initiale en traitant la masse soit par prus- sion, soit en la rendant plu,s compacte ou en soumettant le dispositif à nin secouage ou des vibrations appliquées de l'extérieur. ,lu lieu de peroxyde (le plomb, on petit aussi employer d'autres substances lentes.
A ce, point de vue, certains résultats, toutefois moins favorables, ont été obtenus avec le bioxyde de bismuth (Bi2 04,), le bis- mutbate de sodium (Bi 03 Na Bi O3 H) et le nitrite<B>de</B> baryum Pour des dispositifs protecteurs pour vol tages élevés, un certain nombre d'électrodes enduites peuvent être disposées en selrie avec une masse intermédiaire (le remplissage a, base de peroxyde de plomb. Par exemple, d'après la fig. 2, des électrodes 6 pourvues de couches isolantes 7 sont maintenues espa cées par des espaceurs 8 il, l'intérieur d'nue enveloppe<B>9</B> et renferment entre elles la masse protectrice à peroxyde de plomb.
Le voltage requis pour initiertine décharge par ce dis positif dépend du nombre, des électrodes<B>6</B> et de l'épaisseur des couches isolantes 7. Il Peut être désirable d'intercaler lun corps réfractaire entre les Mectrodes, noyé clans la masse protectrice. Dans la forme d'exécution de la fi-.
3# qui est ainsi établie, il<B>y</B> a deux électrodes cylindriques concentriques<B>10, Il</B> maintenues en place par les plaques de, tète <B>12</B> en matière isolante, telle que de -la pot-- celaine, et entre ces électrodes est disposé nu corps cylindrique réfractaire<B>l'a,</B> en char- boit, par exemple.
Le corps réfractaire 1.3 ré duit la quantité de masse protectrice requise et agit comme nu écran pare-arc pont, em- pècher le maintien, par suite d'impuretés de <B>la</B> masse, d'un arc électrique d*une électrode <B>à</B> l'autre. Le dispositif représent6 et) fig. <B>3</B> constitue une unité<B>de</B> construction convena ble pont- des voltages de lignes d#entre <B>200</B> et<B>300</B> volts.
Un dispositif protecteur convenant pour des voltages bien plus élevés, tels que des voltages de<B>30,000</B> volts par exemple, peut être réalisé par la combinaison dlu nombre requis de ces unités en série. Un exemple de ce genre est représenté à la fig. 4, oit plu sieurs unités sont assemblées sur une tige centrale 14 et reliées en série par (les con ducteurs de connexion 15.
Urie forme d'exécution du dispositif pro tecteur pour des circuits de distribution<B>(le</B> 600 volts environ, tels que des circuits de véhicules routiers électriques, est repré8entée à la fig. 5, out plusieurs électrodes cyliindri- ques concentriques 16, 17, 18 sont mainte nues en place par des plaques de tête iso lantes 19 pourvues d'épaulements servant d'appui aux électrodes et assemblées par des boulons 20. L'électrode extérieure 16 est re liée en 21 à la terre, taudis que l'électrode intérieure 18 est reliée en 22 à la ligne.
Utn éclateur à électrode 23, de préférence en lai ton, logé dans un évidement de Fune des plaques de tête 19 est interposé entre la ligne et le dispositif protecteur proprement dit pour empêcher l'application d'un effort de potentiel continue au dispositif protecteur. La largeur de l'intervalle d'air de cet écla- teur dépend du voltage de ligne; elle petit être très faible et par exemple être de à '/27 millimètres pour des circuits à coullant continu de 600 volts. Dans bien des cas, l'éclateur petit être omis et le dispositif pro tecteur être relié directement à la ligne, no- taimment si le circuit porte du courant alter natif.
Un dispositif protecteur suivant l'ilnveni- tion, établi avec des électrodes en aluminium pourvues au préalable d'une couelie isolante et comportant une masse à peroxyde de plomb contenant du tétraborate d'ammonium, pré sente nue certainc capacité électrostatique. Dans les cas oit la capacité ou effet de cou- densateur importe, il est avantageux d'cul- ployer pour la masse 4 un mélange de per oxyde de plomb et de glycérine.
Le facteui- de, puissance petit être réduit en mélangeant <B>à</B> la masse certaines substanc6s convenables à,cet effet, telle que par exemple un hydrate, comme l'hydrate d'alumine.