Brevet FR2056942A1 — publié le 19710507

?Ô 2Ô496 1 2056942 la présente se rapporte à des perfectionnements aux pâsafoudres du type comportant un éclateur disposé à l'intérieur d'un boîtier mis à la terre. Dans certains des parafoudres de ce type jusqu'à présent 5 connus, le boîtier mis à la terre est rempli d'un gaz électronégatif tel que l'hexafluorure de soufre Sïg en vue d"'en permettre l'entretien et l'inspection en toute sécurité. Ces parafoudres renferment un dispositif diviseur de tension formé de résistances et capacités, afin de répartir uniformément toute surtension 10 appliquée entre les différents intervalles de décharge concernés, iun raison de l'influence du boîtier mis à la terre sur la surface du diviseur de tension, les surfaces équipotentielles ne sont pas normales à ladite surface. Il en résulte une réduction de 'la tension pour laquelle la décharge est déclenchée par effet corona, 15 et également une réduction de la tension de rupture entre, le dispositif diviseur et le boîtier mis à la terre. Bien que l'accroissement des dime&ëions longitudinales du dispositif diviseur de tension permettent d'accroître la tension de rupture entre ce dernier et le boîtier mis à la terre, cette solution a pour 20 inconvénient cL'Augmenter l'encombrement du parafoudre. En conséquence, un premier objet de la présente invention est de réaliser un parafoudre de structure nouvelle et perfectionnée, présentant une tension de rupture accrue entre le dispositif diviseur de tension susmentionné et le boîtier du parafoudre mis à la 25 terre, et dans lequel l'apparition de décharges par effet corona sur la surface du dispositif diviseur soit rendue plus difficile. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un parafoudre nouveau et perfectionné comportant un nombre réduit d'éléments diviseurs de tension en déterminant les caractéristiques 30 de décharge. A cet effet, un parafoudre conforme à l'invention, du type comprenant un éclateur enfermé dans un boîtier mis à la terre, est caractérisé en ce qu'il comporte une série d'anneaux formant écran disposés autour de l'éclateur. 35 De préférence, le conducteur électrique constituant chaque anneau écran présente des dimensions différentes de celles des conducteurs constituant les anneaux adjacents. 70.28496 2 2056942 D'une manière avantageuse, j_e diamètre des -conducteurs constituant les anneaux-écranset/ou le diamètre de ce3 derniers d-écroissènt progressivement de l'extrémité'sous tension à l'extrémité à la terre'de l'éclateur. 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî tront plus clairement à la lecture .de la description détaillée qui suit de plusieurs exemples de réalisation illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : . - la figure .1 représente s chématiquement en coupe axiale un 10 parafoudre conforme à la présente invention ; et - les figures 2, 3 et 4 sont des coupes semblables à celle de la figure 1 illustrant" différentes variantes, de réalisation de l'invention. • Dans ces figures, les éléments identiques ou similaires sont 15 désignés par la même référence. Comme montré sur la figure 1, un parafoudre .conforme à l'invention comprend un boîtier 10 mis à la terre et rempli d'un gaz électronégatif approprié présentant une grande rigidité di-électrique, tel que l'hexafluorure de soufre SFg, un élément 12 20 constitué par une impédance de caractéristiques déterminées, disposé au fond du boîtier et un éclateur multiple 14 surmontant l'élément 12. Ce dernier est constitué par une résistance non-linéaire, essentiellement faite de carbure . de silicium SiC. lorsqu'une ■ importante surtension résultant d'un coup de foudre, est appliquée . 25 à l'élément 12 et provoque le passage à travers ce dernier d'un courant de forte intensité, ledit élément agit pour limiter la tension apparaissant aux. bornes de l'éclateur 14 associé à une valeur suffisamment basse et pour réduire le courant débité par la source de puissance électrique à travers l'éclateur ainsi amorcé 30 par cette surtension à une intensité suffisamment faible pour permettre la coupure facile dudit courant par l'éclateur 14. l'éclateur 14 comporte plusieurs intervalles de décharge disposés en série. Chacun de ces intervalles est shimté par une résistance 16 et un condensateur 18 formant partie intégrante d'un 35 diviseur ou répartiteur de tension intéressant l'ensemble de l'éclateur, les deux électrodes : extrêmes de l'éclateur 14 sont respectivement reliées à l'élément 1.2 et à un conducteur d'entrée 7Ù 20496 3 2056942 20 dans le "boîtier 10 , entouré d'un fouffeau isolant hermétique pour constituer une traversée étanche. Le diviseur de tension constitué par les résistances 16 et les condensateurs 18 agit pour répartir uniformément la surtension 5 résultant par exemple d'un coup de foudre entre les différents intervalles de décharge ; en raison de la présence du "boîtier 10 mis à la terre, la surface de ce diviseur de tension porte une distribution de charges telle que les surfaces équipotentielles ne sont pas normales à la surface du diviseur. Ce,ci conduit à 10 une réduction de la tension d'amorçage par effet coronâ le long du diviseur de tension st/ou à une réduction de la tension de rupture entre les éléments 16-18 du diviseur et le boîtier 10 mis à la terre. S'il est nécessaire d'accroître .cette tension de rupture, il faut augmenter la longueur du diviseur de tension, 15 et par suite l'encombrement global du parafoudre. Selon un premier aspect de l'invention, cet inconvénient est éliminé par l'emploi d'une série d'anneaux-écrarisdisposés autour de l'éclateur constitué par les intervalles de décharge et le diviseur de tension associé. En plus de détails, et comme montré 20 sur la figure 1", plusieurs anneaux-écrans24 alignés et mutuellement espacés sont disposés autour de l'éclateur 14, légèrement à l'extérieur de la surface du diviseur 16-18. les anneaux-écrarP 24 sont de même nature et de dimensions identiques. Chacun de ces anneaux-écrans est constitué par un tronçon de tubes en" matériau conducteur 25 refermé sur lui-même en forme de cercle pour constituer un tore et par un disque conducteur 26 disposé dans la plan médian dudit tore et raccordé à ce dernier par sa périphérie extérieure, la partie centrale de chaque disque 26 est serrée entre deux pièces constituant les électrodes des deux intervalles de décharge 30 adjacents, à l'exception des disques extrêmes, dont les parties centrales sont serrées entre les électrodes extrêmes et respectivement le conducteur 20 et l'élément 12. De la sorte, chaque disque 26, et par suite l'anneau-écran 24 associé , est maintenu au même potentiel que les électrodes auxquelles il est relié. Dans l'exemple 35 de réalisation de la figure 1 , les quatre intervalles de décharge de l'éclateur sont encadrés- par cinq anneaux-écrans24, de sorte que chaque intervalle est couplé à une "paire d'anneaux-écrans 70 28496 4 2056942 La présence des anneaux-écrarP 24 et des disques 26 a pour effet que les surfaces équipotentielles arrivent sensiblement perpendiculairement à la surface du diviseur de tension 16-18, qui se trouve ainsi plongé dans un champ électrique de configura-5 tion avantageuse. Il s'en suit que l'amorçage d'une décharge par effet corona sur la surface du diviseur de tension 16-18 est rendue difficile,etqù'en conséquence, la tension de rupture entre ledit diviseur et le boîtier 10 mis à la terre se trouve sensiblement augmentée. Touteschoses par ailleurs égale^ il est ainsi 10 possible de réaliser un parafoudre de moindre encombrement. Dans un parafoudre pourvu d'anneaux-écrâns comme il vient d'être décrit, la tension de rupture entre ces .derniers et le boîtier mis à la terre est l'un des facteurs essentiels pour déterminer les performances du parafoudre. Il s'est avéré que plus le diamètre 15 "a" (voir figure 1 ) du conducteur circulaire ou du tube métallique constituant l'anneau 24 est grand, plus la configuration du champ électrique obtenue est favorable et donc, plus là résistance de rupture est élevée. Avec l'agencement de la figure 1 , le diamètre "a" des conduc-20 teurs tubulaires ne peut pas être suffisamment accrue, étant donné 'que les anneaux -écrans 24 se trouveraient axialement trop proches. En conséquence, il est nécessaire d'accroître l'espacement "b" entre le boîtier 10 mis à la terre et chacun des anneaux écran 24 pour tenir compte de l'écartement mutuel minimal de ces dernier^ afin de. 25 porter la tension de rupture à la valeur requise. Ceci oblige évidemment à accroître- les dimensions transversales du parafoudre. Oet accroissement des dimensions' transversales du parafoudre peut être évité-par l'agencement représenté sur-la figure 2. Dans, cet agencement, plusieurs anneaux-écrarP 24A de grand diamètre formés 30 d'un tube conducteur lui-même de fort calibre sont disposés en alternance avec des anneaux-écrans 24B demoindre diamètre formés d'un tube conducteur également de moindre calibre. Les diamètres intérieurs des anneaux-écrans24A, 24B étant identiques, leurs diamètres extérieursrespectifs d^ et d^ sont en conséquence inégaux. 35 A ceci près," l'agencement de la figure 2 est identique à celui de la figure 1 . Compte- tenu du fort diamètre "a" du tube conducteur constituant ?Ô 28496 5 2056942 les anneaux-écran 24A, la tension de rupture entre lesdits anneaux et le boîtier 10 mis à la masse peut être suffisamment élevé^ même avec un "boîtier de faibles dimensions transversale De surcroît, la tension appliquée aux bornes de chacun des inter-5 valles de décharge peut être contrôlée en modifiant les diamètres des tubes constituant les anneaux-écrarÉj sans qu'il soit besoin de modifier les valeurs des résistances et des condensateurs du diviseur de tension. C'est dire que le parafoudre ainsi constitué est capable de performances améliorées. 10 la figure 3 illustre -une variante de réalisation de l'agence ment montré sur la figure 2. La seule différence entre ces deux-agencements tient à ce que les anneaux-écrans24A et 24B sont noyés dans un matériau diélectrique approprié 28, tel qu'une ' résine époxyde, pour ainsi former une structure unitaire. Cette 15 disposition a pour avantage d'accroître la tension de rupture entre les anneaux-écrans adjacents et donc, de permettre une augmentation du diamètre des tubes constituant les plus grands anneaux-écrans 24A, d'oïi il résulte un nouvel accroissement de la tension de rupture entre les anneausrécranset le boîtier 10. 20 La figure 4 illustre un autre exemple de réalisation'de l'invention. Comme montré sur cette figure, l'impédance 12 est divisée en plusieurs éléments répartis entre les intervalles de décharge 14 à chacundesquels est couplé un anneau-écran 24. Ces derniers sont formés de tubes conducteurs dont les diamètres 25 respectifs décroissent progressivement du haut vers le bas comme montré sur la figure 4, c'est-à-dire de l'extrémité sous tension à l'extrémité à la terre de l'éclateur. Par ailleurs, les anneaux -24 étant de même diamètre intérieur, leurs diamètres extérieurs respectifs déoroissent également du haut vers le bas. Chaque 30 anneau-écran 24 est solidaire d'un disque 26 rapporté sur sa face supérieure et dont la partie centrale est serrée entre-deux éléments adjacents de l'éclateur, à savoir entre une électrode de l'intervalle .de décharge associé* et un élément de l'impédance 12 ou la borne de sortie 20. 35 L'agencement des anneaux-écrans24 représenté sur la figure 4 assure une réduction progressive des capacités parasites existant entre lesdits anneaux et le boîtier mis à la terre, ce qui permet 70 2Ô496 6 2056942 une répartition plus uniforme de la surtension entre les différents intervalles dé décharge de l'éclateur 14. l'agencement de la figure•4 a donc pour avantage de permettre un me illeur contrôle des caractéristiques de décharge sans qu'il soit "besoin d'aug-5 menter le nombre de ses éléments constitutifs. S'il était nécessaire, seul le diamètre extérieur de chaque anneau écran ou bien le diamètre du.tube le constituant pourrait varier de la manière indiquée. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes 10 de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les "moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi.que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées'selon l'esprit de l'invention. ?Ô 28496 7 2056942 REVENDICATIONS 1 . - Parafoudre du type comportant un éclateur enfermé dans un "boîtier mis à la terre, caractérisé en ce qu'il comporte une série d'anneaux formant écran disposés autour de l'éclateur. 2. - Parafoudre selon la revendication 1, caractérisé-en ce 5 que le conducteur électrique constituant chaque anneau-écran présente des dimensions différentes de celles des conducteurs constituant les anneaux adjacents. 3. - Parafoudre selon la revendication ou la revendication 2, caractérisé en ce que les anneaux -écran^sont noyés dans un bloc- 10 de matériau diélectrique. 4- - Parafoudre selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le diamètre des conducteurs constituant les anneaux-écrans et/ou le diamètre propre de ces derniers décroit progressivement de l'extrémité sous tension à l'extrémité à la 15 terre de l'éclateur.