EP0282404A1 - Composition de revêtement des électrodes d'un parafoudre - Google Patents
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Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T1/00—Details of spark gaps
- H01T1/24—Selection of materials for electrodes
Definitions
- the field of the invention is that of lightning arresters and more specifically, that of coating the electrodes of a lightning arrester.
- the arrester is a known device, intended to protect electrical installations against overvoltages due, for example, to lightning.
- surge arresters are composed of a cylindrical ceramic enclosure, at the ends of which are arranged two electrodes, a gas being introduced into this enclosure.
- the coating compositions of the electrodes of a surge arrester have been known for a long time and consist of a mixture of barium, aluminum and nickel.
- the present invention aims to remedy these drawbacks.
- This object of the invention are achieved using a composition for coating the electrodes comprising at least aluminum, titanium and a product of the MA type (M n + , A n- ), in which M represents an alkali metal, A a sulphate or a carbonate of this metal, and n being equal to 1 or 2.
- the arrester consists of a cylindrical ceramic tube 1 open at its two ends and two copper electrodes 2.
- the two electrodes 2 are disposed at each end of the tube 1, and between this tube 1 and each electrode 2, are inserted washers 3.
- the brazing of the electrodes on the ceramic is carried out using these washers 3 made of alloy silver and copper, which are melted.
- a vacuum was made in the internal space 5 of the arrester, where a gas of the argon, nitrogen or hydrogen type was then injected.
- three symmetrical graphite lines are produced on the surge arrester.
- the electrodes 2 of the arrester are covered with a particular coating composition 4, object of the present invention.
- the composition of the coating comprises the following compounds in the proportions indicated: - BaAl4Ni powder: 10 grams to 50 grams, - Titanium powder: 0.90 grams to 4.30 grams, - Xi: Xi can be: * either K2SO4, and all products of the type (K2+, A2 ⁇ ) or (K+, A ⁇ ), in proportions of 0.6 grams to 2.6 grams; * either Rb2CO3 and all products of the type (Rb2+, A2 ⁇ ) or (Rb+, A ⁇ ), in proportions varying from 0.4 grams to 0.7 grams; * either Cs2CO3 and all products of the type (Cs2+, A2 ⁇ ) or (Cs+, A ⁇ ), in proportions varying from 0.35 grams to 1.65 grams; - nitrocellulose dissolved in butyl acetate.
- This composition is more particularly suitable for coating miniature surge arresters.
- composition of the coating is as follows: - Silicon hydroxide: 6.4 grams to 25.6 grams, - BaCO3: 2 grams to 7.9 grams, - (Na2CO3, 10H2O): 1.8 grams to 7.1 grams, - Rb2CO3: 0.24 grams to 0.7 grams, - Aluminum powder: 1.6 grams to 6.4 grams, - Titanium: 0.66 grams to 2.66 grams.
- This second composition is more particularly suitable for coating button-gap and three-pole surge arresters.
- Zone 3 At the end of zone 2, there is an avalanche effect due to the multiplication of carriers.
- the arrester sees its resistance decrease.
- the gas is ionized by collision of an electron on an atom ("glow"regime); e ⁇ + Agaz ⁇ A+ + h ⁇ + e ⁇ .
- Zone 4 In this zone, the electrons pass from one electrode to another, which results in an arc regime.
- the explanations of the various characteristic curve stages are very succinct since they do not form part of the patent; however, this will allow us to now justify the choice of certain materials constituting the coating.
- the barium ensures the initiation of the arrester, the aluminum plays the role of a binder between the coating and the copper electrode, and the nickel behaves like a binder and therefore absorbs a lot of energy. Titanium plays a double role, on the one hand it allows a good stability of the ignition voltage, and on the other hand, it absorbs a lot of energy during the impact test and thus protects materials with low heat capacity. The silicon dissipates a lot of energy to protect the entire coating.
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Abstract
Le domaine de l'invention est celui du revêtement des électrodes d'un parafoudre. Le but de l'invention est de réaliser un parafoudre fonctionnant aussi bien à la lumière et à l'obscurité et ne contenant pas d'éléments radioactifs. Ce but est atteint par une composition de revêtement (4) des électrodes (2) d'un parafoudre, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins de l'aluminium, du titane et un produit du type MA ou (M<n+>, A<n->) dans lequel M représente un métal alcalin, A un sulfate ou un carbonate de ce métal, et n est égal à 1 ou 2. L'invention trouve une application préférentielle dans le revêtement des électrodes de parafoudres miniatures ou tripolaires.
Description
- Le domaine de l'invention est celui des parafoudres et plus spécialement, celui du revêtement des électrodes d'un parafroudre.
- Le parafoudre est un dispositif connu, destiné à protéger les installations électriques contre les surtensions dues, par exemple, à la foudre.
- Ces parafoudres sont composés d'une enceinte cylindrique en céramique, aux extrémités de laquelle sont disposées deux électrodes, un gaz étant introduit dans cette enceinte.
- Les compositions de revêtement des électrodes d'un parafoudre sont connues depuis longtemps et sont constituées d'un mélange de baryum, d'aluminium et de nickel.
- Ces électrodes ont pour inconvénient que la lumière agit sur le gaz contenu à l'intérieur de l'enceinte, et qu'en conséquence, le parafoudre fonctionne moins bien à l'obscurité. D'autres types de parafoudres possèdent des électrodes recouvertes d'éléments radioactifs, dont l'emploi peut être dangereux.
- La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Cet objectif de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'une composition de revêtement des électrodes comprenant au moins de l'aluminium, du titane et un produit du type MA (Mn+, An-), dans lequel M représente un métal alcalin, A un sulfate ou un carbonate de ce métal, et n étant égal à 1 ou 2.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins qui représentent :
- - la figure 1, une vue éclatée d'un parafoudre ;
- - la figure 2, une vue en coupe d'un parafoudre ;
- - la figure 3, une courbe caractéristique représentant la tension en fonction de l'intensité lors du fonctionnement d'un parafoudre.
- Comme on peut le voir sur la figure 1, le parafoudre se compose d'un tube cylindrique 1 en céramique ouvert à ses deux extrémités et de deux électrodes 2 en cuivre. Les deux électrodes 2 sont disposées à chaque extrémité du tube 1, et entre ce tube 1 et chaque électrode 2, sont intercalées des rondelles 3. Le brasage des électrodes sur la céramique s'effectue à l'aide de ces rondelles 3 en alliage d'argent et de cuivre, que l'on fait fondre. Préalablement au brasage, on a fait le vide dans l'espace interne 5 du parafoudre, où l'on a alors injecté un gaz du type argon, azote ou hydrogène. On réalise d'autre part, trois traits de graphite symétriques sur le parafoudre. Les électrodes 2 du parafoudre sont recouvertes d'une composition de revêtement 4 particulière, objet de la présent invention.
- Deux modes de réalisation préférentiels de la composition de revêtement des électrodes vont maintenant être donnés à titre d'exemple :
- La composition du revêtement comprend les composés suivants dans les proportions indiquées :
- BaAl₄Ni en poudre : 10 grammes à 50 grammes,
- Titane en poudre : 0,90 grammes à 4,30 grammes,
- Xi : Xi pouvant être :
* soit du K₂SO₄, et tous les produits du type (K²⁺, A²⁻) ou (K⁺, A⁻), dans des proportions de 0,6 grammes à 2,6 grammes ;
* soit du Rb₂CO₃ et tous les produits du type (Rb²⁺, A²⁻) ou (Rb⁺, A⁻), dans des proportions variant de 0,4 grammes à 0,7 grammes ;
* soit du Cs₂CO₃ et tous les produits du type (Cs²⁺, A²⁻) ou (Cs⁺, A⁻), dans des proportions variant de 0,35 grammes à 1,65 grammes ;
- du nitrocellulose dissout dans de l'acétate de butyle. - Tous ces composés sont mélangés pendant 15 minutes, de façon à obtenir une concentration homogène.
- Cette composition est plus particulièrement adaptée au revêtement de parafoudres miniatures.
- Une autre composition possible du revêtement est la suivante :
- Hydroxyde de silicium : 6,4 grammes à 25,6 grammes,
- BaCO₃ : 2 grammes à 7,9 grammes,
- (Na₂CO₃, 10H₂O) : 1,8 grammes à 7,1 grammes,
- Rb₂CO₃ : 0,24 grammes à 0,7 grammes,
- Aluminium en poudre : 1,6 grammes à 6,4 grammes,
- Titane : 0,66 grammes à 2,66 grammes. - On mélange tous ces composés avec une palette de façon à homogénéiser la concentration de pâte obtenue.
- Cette deuxième composition est plus particulièrement adaptée au revêtement des button-gap et des parafoudres tripolaires. Une courbe caractéristique d'un parafoudre, amorçant dans un intervalle de 220 volts à 280 volts, a pu être réalisée (voir figure 3). On peut observer sur cette courbe, 4 zones qui vont maintenant être décrites dans le détail.
- Zone 1 : Lorsque l'on augmente la tension aux bornes du parafoudre (= -
U), on ne note pas de chute de potentiel, étant donné la grande résistance du parafoudre au départ ; en effet, la résistance est supérieure à 1 gigohm. On observe néanmoins un courant de fuite dû à l'ionisation du revêtement :
A + e⁻ → A* + e⁻ A* = atome excité
A + e⁻ → A* + 2e⁻. - Ce courant de fuite, bien qu'il soit faible, augmente au fur et à mesure avec le champ électrique.
- Zone 2 : A la limite de la zone 1, on suppose que les atomes du revêtement, susceptibles d'être ionisés, le sont. En effet, on observe une stabilisation de potentiel V qui pourrait se traduire par deux hypothèses :
- 1°. soit un atome ionisé (le baryum en l'occurrence), donne son deuxième électron périphérique ;
- 2°. soit l'accumulation des charges d'une part, et l'incidence des électrons sur le gaz d'autre part, rendent la résistance plus faible.
- Zone 3 : A la fin de la zone 2, on observe un effet d'avalanche dû à la multiplication des porteurs. Le parafoudre voit sa résistance diminuer. On ionise le gaz par collision d'un électron sur un atome (régime "glow") ;
e⁻ + Agaz → A⁺ + h ν + e⁻. - Zone 4 : Dans cette zone, les électrons passent d'une électrode à une autre, ce qui entraîne un régime d'arc. Les explications des diverses étapes de courbe caractéristique sont très succinctes puisqu'elles ne font pas partie du brevet ; toutefois, ceci va nous permettre de justifier maintenant le choix de certains matériaux constituant le revêtement.
- Le baryum permet d'assurer l'amorçage du parafoudre, l'aluminium joue le rôle d'un liant entre le revêtement et l'électrode en cuivre, et le nickel se comporte comme un liant et absorbe donc beaucoup d'énergie. Le titane joue un double rôle, d'une part il permet une bonne stabilité de la tension d'amorçage, et d'autre part, il absorbe beaucoup d'énergie lors du test choc et protège ainsi les matériaux de faible capacité calorifique. Le silicium évacue beaucoup d'énergie pour protéger l'ensemble du revêtement.
- Tous les métaux alcalins ont pour rôle d'abaisser la barrière de potentiel, ce qui donne une stabilité de tension d'amorçage, aussi bien à la lumière qu'à l'obscurité.
- Un certain nombre de tests électriques ont été réalisés : test statique, test dynamique, test alternatif, test choc (pour une onde de 8/20), et tous ces tests ont donné de bons résultats.
Claims (9)
1. Composition de revêtement des électrodes d'un parafoudre, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins de l'aluminium, du titane et un produit du type MA ou (Mn+, An-) dans lequel M représente un métal alcalin, A un sulfate ou un carbonate de ce métal, et n est égal à 1 ou 2.
2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend du BaAl₄Ni, du titane, du nitrocellulose dissout dans l'acétate de butyle et un produit du type MA ou (Mn+, An-) dans lequel M représente un métal alcalin, A un sulfate ou un carbonate de ce métal, et n est égal à 1 ou 2.
3. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend proportion de 10 à 50 grammes de BaAl₄Ni, de 0,90 à 4,30 grammes de titane, du nitrocellulose dissout dans de l'acétate de butyle, et un produit du type MA ou (Mn+, An-) dans lequel M représente un métal alcalin, A un sulfate ou un carbonate de ce métal, et n est égal à 1 ou 2.
4. Composition selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le produit du type MA est du K₂SO₄ et en ce que ladite composition comprend de 0,6 grammes à 2,6 grammes de K₂SO₄.
5. Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce que le produit du type MA est du Rb₂CO₃, et en ce que ladite composition comprend de 0,4 grammes à 0,7 grammes de Rb₂CO₃.
6. Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce que le produit du type MA est du Cs₂CO₃, et en ce que ladite composition comprend de 0,35 grammes à 1,65 grammes de Cs₂CO₃.
7. Composition selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que le titane est remplacé par du tungstène dans des proportions identiques.
8. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend de l'hydroxyde de silicium, de l'aluminium, du titane et un produit du type MA ou (Mn+, An-) dans lequel M représente un métal alcalin, A un sulfate ou un carbonate de ce métal, et n est égal à 1 ou 2.
9. Composition selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend en proportion de 6,4 grammes à 25,6 grammes d'hydroxyde de silicium, de 2 grammes à 7,9 grammes de BaCO₃, de 1,8 grammes à 7,1 grammes de (Na₂CO₃, 10H₂O), ou tout produit du type (Na₂²⁺ , A²⁻) ou du type (Na⁺, A⁻), de 0,24 grammes 0,7 grammes de Rb₂CO₃, de 1,6 grammes à 6,4 grammes d'aluminium, et de 0,66 grammes à 2,66 grammes de titane.
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1988
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- 1988-03-22 US US07/171,633 patent/US5145516A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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