Brevet FR2222748A1 — publié le 19741018

La présente invention concerne des éclateurs pour surtensions. Une forme connue dtéclateur pour surtension comprend une paire dtélectrodes espacées disposées dans une enceinte cylindrique creuse remplie d'un gaz et comprenant des extrémités électriquement conductrices et une partie centrale tubulaire électriquement conductrice qui est scellée sur les parties extrimes et espacées de ces dernières par des parties respectives tubulaires et électriquement isolantes, les extrémités comprenant les bornes respectives de deux électrodes, les deux électrodes étant dirigées l'une vers l'autre en traversant les parties isolantes de façon que l'espace compris entre les deux électrodes soit à l'intérieur de la partie centrale. Un tel éclateur pour surtension est désigné ci-après "éclateur du type décrit" .Un tel éclateur est décrit dans le brevet britannique N 1 021 782. Dans l'utilisation normale dtun éclateur du type décrit ci-dessus, les deux électrodes sont respectivement connectées par leurs bornes à leur lignes et la partie centrale de l'en- ceinte est mise à la masse. Lorsqurune surtension intervient entre ltune des deux lignes ou les deux lignes et la masse, une décharge a lieu dans enceinte remplie de gaz, mettant ainsi les lignes à la masse. Dans un éclateur du type décrit, une décharge est destinée à avoir lieu entre l'extrémité intérieure de l'une ou des deux électrodes et la partie centrale de ltenceinte, et l'inter- valle compris entre ces éléments est choisi en association avec la pression e+ la composition du remplissage gazeux pour donner une tension dtamorçage en courant continu désiré de ltéclatevEr. On a trouvé qutavec les éclateurs connus du type décrit ci-dessus, après un grand nombre de décharge, les décharges u terieures tendent à intervenir à un point intermédiaire sur la longueur de l'une ou des deux électrode0, à une tension d'alors çage continue inférieure à la tension désirée. La présente invention vise donc un éclateur du type cidessus, dans lequel cet inconvénient est surmonté Conformément à un aspect de la présente invention, dans un éclateur du type décrit, la tension continue dtamorçage dans l'intervalle compris entre l'extrémité intérieure de chaque électrode et la partie adjacente de la partie centrale de l'en- ceinte est inférieure à la tension de rupture dans tout intervalle entre un point de la surface de cette électrode et un revêtement conducteur qui peut être formé en fonctionnement sur la surface interne de la partie isolante de enceinte par laquelle passe l'électrode, et des moyens sont prévus pour fixer le point dtamorçage de la cathode formé en fonctionnement sur l'extrémité intérieure des électrodes à une région adjacente à l'extrémité intérieure de ces électrodes. Dans une forme particulière de réalisation conforme à la présente invention, pour obtenir le rapport désiré entre ladite tension continue dtamorçage et les tensions de rupture, l'intervalle radial compris entre l'extrémité intérieure de chaque électrode et la partie adjacente de la partie centrale de l'enceinte est inférieur à l'intervalle radial compris entre ce-te electrode et la surface intérieure de la partie isolante de l'enceinte par laquelle passe ladite électrode. Be moyen de limitation du point d'amorçage de la cathode comprend de façon convenable un revêtement dtëmission électronique sur l'extrémité intérieure de chaque électrode. Conformément à un second aspect de la présente invention, dans un éclateur du type décrit ci-dessus, chaque électrode porte un manchon de matériau électriquement isolant qui s'étend d'un point proche de l'extrémité intérieure de l'électrode à un point situé à l'intérieur de la partie isolante de l'enceinte par laquelle passe cette électrode. Dans une forme préférée de réalisation, lrextrémité intérieure de chacun desdits manchons est disposée de façon adjacente à une partie de ltëlectrode associée qui consiste en un ajustage à glissement dans la partie isolante associée de l'enceinte. La Demanderesse a en effet découvert que le défaut des éclateurs de l'art antérieur se traduit par la formation dune pulvérisation provoquée par la décharge de revêtements conducteurs sur les surfaces internes des parties isolantes de l'en- ceinte. La formation de telles pellicules est renforcée dans certains éclateurs par une tendance du point d'amorçage de la cathode,lors de la décharge intervenant en fonctionnement,à se déplacer le long de la surface de l'électrode sur laquelle il est formé pour se diriger vers ltextrémité de ltéclateur. Dans un éclateur conforme au premier aspect de la présente invention, ledit premier objet est obtenu en partie en fixant le point dtamorçage de la cathode pour réduire la formation de revetements pulvérisés et en partie en s'arrangeant pour que la tension dtamorçage continue soit plus petite que la tension de rupture entre un intervalle formé entre les électrodes et un revêtement pulvérisé pouvant entre formé sur les surfaces internes des parties isolantes de l'enceinte. Dans un éclateur conforme au second aspect de ltinven- tion, ce second aspect est obtenu du fait que les manchons réduisent la probabilité de formation de revêtements conducteurs sur les surfaces internes des parties isolantes de l'enceinte. Dans une forme de réalisation particulière conforme au second aspect de ltinvention, chacun desdits manchons est efficace pour augmenter la tension de rupture entre tout point de la surface de l'électrode portant ce manchon et un revêtement conducteur qui peut etre formé en fonctionnement sur la surface interne de la partie isolante adjacente de ltenceinte, à une valeur supérieure à la tension d'amorçage en continu sur ltespace compris entre l'extrémité intérieure de cette électrode et la partie adjacente de la partie centrale de ltenceinte. B2invention fournit donc une forme de réalisation conforme au premier aspect de l'inventior, dans lequel la fixation des points dtamorçage de la cathode et le rapport désiré entre la tension continue d'amorçage et la tension de rupture sont obtenus tous les deux par la présence de manchons isolants. On décrira ci-après deux éclateurs pour surtensions, remplis d'un gaz, conformes à l'invention, enlréférence aux dessins annexés sur lesquels les figures 1 et 2 représent & t respectivement des vues en coupe des deux éclateurs. En se référant à la figure 1, le premier éclateur comprend un cylindre creux scellé hermétiquement, une enceinte remplie dtun gaz comprenant deux culots d'extrémité en forme de coupelle métallique 1 e-t, 2, un élément métallique tubulaire central 3 et deux éléments tubulaires en céramique 4 et 5. tes éléments de céramique 4 et 5 sont scellées sur une première extrémité sur les culots 1 et 2, en prenant appui sur des chanfreins 6, et à l'autre extrémité sur les extrémités opposées dtun élément central 3. A cet effet, la surface extérieure de chacun des éléments de céramique 4 et 5 est métallisée en deux bandes 8 et 9, des scellements annulaires étant établis entre les parties ajustées par brasure pendant le montage. A l'intérieur de l'enceinte remplie de gaz, est disposée une paire d'électrodes espacées axialement IQ et 11. Btélec- trode 10 est formée en deux parties 12 et 13 qui sont brasées l'une sur l'autre, bout à bout. La partie extérieure 12 est principalement disposée dans ltenveloppe de céramique 4 et comprend trois sections 12a, 12b et 12c. La partie centrale principale 12b stajuste à glissement dens 'élément de céramique 4.La partie extérieure 12a relativement courte est de diamètre externe réduit et elle est brasée sur le culot 1. ta partie intérieure 1 2c est de diamètre extérieur également réduit, à une longueur sensiblement égale à la moitié de celle de la partie centrale 12b, et à son extrémité intérieure elle est brasée sur l'autre partie 13 de l'électrode 10. La partie 13 comprend également trois sections 13a, 13b et 13c, la partie 13a adjacente à la section 12c de la partie 12 étant de diamètre inférieur à celui de la section 12c et de longueur relativement faible. La partie centrale principale 13b est du mee diamètre extérieur que la partie 12c et elle a une longueur telle que la partie intérieure 13c, qui est de diamètre extérieur relativement élevé, soit disposée près du centre de l2crgane métallique 3 de l'enceinte.Les parties 12 et 17 présentent des orifices axiaux communiquants 12d et 13d, ltorifice 12d étant agrandi à son extrémité extérieure pour loger une tige de pompage 23 qui est scellée de façon usuelle après que le gaz de remplissage désiré a été introduit dans l'enceinte. l'autre électrode 11 est brasée sur le culot 2 à une première extrémité et traverse l'élément céramique 5 de façon que son autre extrémité soit disposée au voisinage de l'extrémité correspondante de l'électrode 10 mais en position espacée par rapport à cette dernière, l'électrode Il étant par tailleurs iden tioue à l'électrode 10 sauf quelle ntest pas munie dtune tige de pompage. Sur le dessin, les deux parties de l'électrode 11 ont reçu des numéros de référence 14 et 15 avec les suffixes a, b et c, comme pour l'électrode 10. l'intervalle 16 compris entre les électrodes 10 et il est destiné à avoir la même tension d'amorçage continue que les espaces 17 et 18 entre l'élément central de l'enceinte 3 et les sections les plus intérieures 13c et 15c des électrodes. Lors de la fabrication de l'éclateur, chaque culot 1 et 2 est tout d'abord brasé à son électrode associée 10 ou Il et aux éléments de céramique 4 ou 5 pour former un sous-assemblage, la brasure était effectuée en maintenant l'axe de ltelectrode vertical et le culot à la partie inférieure, avec des anneaux d'un matériau de brasure approprié placé autour des parties 12a et 13a de l'électrode 10 et des parties correspondantes de l'élec- trode 11. les deux sous-assemblages sont alors scellés sur les extrémités opposées de l'élément central 3 de l'enceinte, et le gaz de remplissage convenable est introduit par l'intermédiaire de la tige de pompage 23. lors du fonctionnement de l'éclateur, les culots 1 et 2 sont respectivement connectés à une paire de lignes connectées avec le dispositif destiné à être protégé des surtensions, et l'élément métallique dtenveloppe 3 est mis à la masse. l'orsquune surtension intervient entre l'une des lignes et l'autre ligne ou la masse, une décharge a lieu entre ltune des électrodes 10 et 11 ou les deux et l'élément métallique 3 de l'enceinte. 11 y a lieu tii alors de norer/qutau départ la décharge peut intervenir entre les deux électrodes 10 et 11, la décharge se transmettra rapidement à l'in- tervalle compris entre ltune des électrodes ou les deux électrodes et l'organe mis à la masse 3. Une tension continue dtamorçage désirée pour l'éclateur, qui est la tension à laquelle est amorcée la décharge, est obtenue par un choix approprié de la pression et de la composition du gaz de remplissage et des dimensions des intervalles 16, 17 et 18. Lorsqu'une décharge intervient, le point d'amorçage de cathode formé sur l'une des électrodes 10 ou 11 est fixé sur l'extrémité intérieure de cette électrode par la présence du rev & ement émetteur électronique de cette électrode. Ce fait empuche un défaut de l'éclateur dû à la décharge qui se déplace le long de l'électrode et produisant des revêtements électriquement conducteurs de matériau pulvérisé sur toutes les surfaces internes des éléments de céramique.Cependant, même avec le point d'amorçage fixé sur la cathode, du matériau pulvérisé par la décharge forme des revêtements électriquement conducteurs sur la surface interne de l'élément métallique 3 et sur les faces extr8mes 21 et 22 des éléments de céramique 4 et 5, ces revêtements étant connectés électriquement à la masse en fonc tinnnement,par l'intermédiaire de l'élément métallique 3 de ltenceinte. . Conformément à ltinvention; ltéclateur est de structure telle que la tension continue dtamorçage sur les intervalles 17 et 18 soit inférieure à la tension de rupture sur ltinter- valle radial compris entre un revêtement conducteur d'une face extr8me 21 ou 22 et les parties adjacentes d'électrodes 13b ou 15b. De cette façon, la possibilité d'une réduction de la tension continue d'amorçage de lréclateur, due à la formation de rev8tements conducteurs sur les faces estr8mes 21 et 22, est empchée. Dans un éclateur particulier de la forme de réalisation représentée sur la figure 1 et ayant une tension continue d'amor- çage de 400 volts, le remplissage gazeux consiste en un mélange d'argon et de 10 go d'hydrogène à une pression de 50 torrs,l'intervalle 16 étant de 1,5 mm, les intervalles 17 et 18 etant de 1,65 mm, et ltespacement radial entre les surfaces extérieures des parties d'électrodes 13b et 15b et les surfaces courbes in ternes des éléments de céramique 4 et 5 étant de 0,95 mm. Dans cette forme de réalisation, la tension de rupture dans l'inter- valle radial entre un revêtement conducteur d'une face extrême 21 ou 22 et ltélectrode adjacente 10 ou-11 est d'environ 500 volts. Dans l'éclateur représenté sur la figure 1, les parties adjacentes 13iet 15c des électrodes 10 et 11 sont de diamètre extérieur relativement grand mais cela n'est pas nécessairement le cas dans un dispositif selon l'invention. Ainsi, selon des variantes de formes de réalisation, les extrémités intérieures des électrodes peuvent entre de m8me diamètre que les parties adjacentes des électrodes. La tension de rupture relativement faible et nécessaire sur l'intervalle compris entre les extrémités intérieures des électrodes et l'élément métallique 3 de lten- ceinte peut alors entre obtenueen réduisant le diamètre intérieur de l'élément 3 dans la zone des extrémités intérieures des électrodes. En se référant à la figure 2, le second éclateur décrit ci-après est sensiblement identique à l'éclateur rep-résente sur la figure 1, sauf qu'un manchon de céramique 19 est ajusté étroitement autour des parties 12c et 13b de l'électrode 10; son extrémité extérieure prenant appui sur la partie 12b, et un man chon correspondant 20 est ajusté étroitement autour des parties 14c et 15b de l'électrode 11.En outre, comme ce sera expliqué plus en détail ci-après, l'intervalle radial entre l'extrémité intérieure de chaque électrode 10 ou il et la partie adjacente de la partie centrale 3 de l'enceinte n'a pas besoin dtEtre plus petit que l'intervalle radial compris entre chaque électrode 10 ou il et la surface interne de la partie isolante adjacente 4 ou 5 de l'enceinte pour obtenir une tension continue d'amorçage de valeur plus faible que la tension de rupture entre un revaete- ment conducteur surune extrémité 21 ou 22 et l'électrode adja cente 10 ou lia Lors du fonctionnement de éclateur représenté sur la figure 2, les manchons 19 et 20 réduisent sensiblement la formation de revetements conducteurs pulvérisés sur les faces estrêmes 21 et 22 des éléments de céramique 4 et 5. Ce fait est obtenu en partie grtce à l'intervalle compris entre les manchons 19 et 20 et les éléments de céramique 4 et 5 qui sont trop petits pour permettre un accès facile au matériau pulvérisé eers les surfaces courbes internes des éléments 4 et 5 et en partie aux manchons 19 et 20 fixant les points d'amorçage de cathode de la décharge sur les parties 13c et 15c des électrodes. En outre, la présence des manchons 19 et 20 rend lé plus petit intervalle (par l'intermédiaire du gaz de remplissage) entre un rev8tement conducteur dtune face extrême 21 ou 22 et l'électrode adjacente 10 ou 11 plus grand que les intervalles 17 et 18. Ainsi la présence des manchons 19 et 20 augmente la tension de rupture entre un rev8tement conducteur d'une face d'extrémité 21 ou 22 et l'électrode adjacente 10 ou Il à une valeur supérieure à la tension continue d'amorçage fixée par les intervalles 17 et 18, empochant ainsi la formation d'un revêtement réduisant la tension continue d'amorçage de l'éclateur. Dans un éclateur particulier de la forme représentée sur le dessin, ayant une tension continue d'amorçage de 400 volts, le remplissage gazeux consiste en un mélange d'argon et de 10 ffi d'hydrogène à une pression de 50 torrs,lfespace radial compris entre les surfaces extérieures des parties dtélectrodes 12c, 13b, 14c et 15b et les surfaces internes des éléments céramiques 4 et 5 étant de 0,95 mm et les manchons 19 et 20 ayant des diamètres interne et externe de 2,92 mm et de 3,98 mm, respectivement, et consistant en 98 % d'alumine. Dans éclateur représenté sur la figure 2, les parties adjacentes 13c et 15c des électrodes 10 et il sont de diantre extérieur relativement grand mais cela n2a pas besoin dtere le cas dans un dispositif conforme à l'invention.Ainsi, dans des variantes de forme de réalisation, les parties des électrodes se prolongeant intérieurement au-dessous des manchons 19 et 20 peuvent entre de même diamètre que les parties comprises dans les manchons, Il y a lieu de noter que bien-que les éclateurs particuliers représentés sur les dessins soient destinés à la connexion dans un circuit extérieur au moyen d'agrafes ou d'attaches à ressort similaire, faisant contact avec les culots 1 et 2 et l'élément métallique 3 de lteneeinte, d'autres éclateurs con lormes à ltinvention peuvent titre munis de fils conducteurs pour des connexions extérieures. il est d'ailleurs bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentee qu1à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra y apporter toute équivalence technique sans sortir de son cadre qui est défini dans les revendications annexées. RFVENDICATLONS 1 Eclateur pour surtension, du type comprenant une paire dtélectrodes espacées disposées dans une enceinte cylindrique creuse remplie d'un gaz,comprenant des parties éle triquement conductrices et une partie centrale tubulaire électriquement conductrice qui est scellée sur les parties extr8mes et espacée de ces dernières par des parties tubulaires électriquement isolantes respectives; les parties extrêmes constituant des bornes respectives pour les deux électrodes, ces dernières étant dirigées ltune vers l'autre dans des parties isolantes de façon que ltintervalle compris entre les électrodes soit disposé dans la partie centrale, éclateur caractérisé par le fait que la tension continue d'amorçage dans l'intervalle compris entre l'ex- trémité intérieure de chaque électrode et la partie adjacente de la partie centrale de l'enceinte est inférieure à la tension de rupture sur un intervalle compris entre un point de la surface de cette électrode et un revêtement conducteur qui peut entre formé en fonctionnement sur la surface intérieure de la partie isolante de l'enceinte par laquelle passe ladite éleftrcde, et un moyen pour fixew le point d'amorçage de la cathode,formé en fonctionnement sur l'extrémité intérieure des électrodes,sur une région adjacente à l'extrémité intérieure de cette électrode. 2. Eclateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'intervalle radial compris entre l'extrémité intérieure de chaque électrode et la partie adjacente de la partie centrale de l'enceinte est plus petit que l'intervalle radial compris entre cette électrode et la surface intérieure de la partie isolante de l'enceinte par laquelle passe ladite électrode. 3. Eclateur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le moyen de réduction du point dtamorçage de la cathode est constitué par un rev8tement émetteur électronique sur l'extrémité intérieure de chaque électrode. 4. Eclateur selon ltune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la partie centrale de l'en- ceinte est de diamètre intérieur sensiblement uniforme sur toute sa longueur et que l'extrémité intérieure de chaque électrode est de diamètre supérieur à celui de la partie' adjacente à cette électrode. 5. Eclateur pour surtension, du type comprenant une paire d'électrodes espacées disposées dans une enceinte cylindrique creuse remplie dtun gaz comprenant des extrémités électriquement conductrices et une partie centrale tubulaire électriquement conductrice qui est scellée sur les parties extrtmes et espacées de ces dernières par des parties tubulaires électriquement isolantes; les parties extr8mes constituant les bornes respectives des deux électrodes et ces dernières se dirigeant l'une vers l'autre par des parties isolantes de façon que l'intervalle conpris entre les électrodes soit disposé dans la partie centrale, éclateur caractérisé par le fait que chaque électrode porte un manchon de matériau isolant disposé entre un point voisin de l'extrémité intérieure de cette électrode et un point disposé dans la partie isolante de l'enceinte par laquelle passe ladite électrode. 6. Eclateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'extrémité extérieure de chacun des manchons est en position adjacente à une partie de ltélectrode associée et ajustée à glissement dans la partie isolante associée de l'en- ceinte. 7. Eclateur selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6;caractérisé par le fait que le manchon est destiné à augmenter la tension de rupture entre tout point de la surface de I'électrode portant ledit manchon et vn revatement conducteur qui peut entre produit en fonctionnement sur la surface intérieure de la partie isolante adjacente de ltenceinte,à une valeur supérieure à la tension continue d'amorçage sur l'intervalle compris entre ltextrémité intérieure de cette électrode et a partie adjacente de la partie centrale de l'enceinte. 8. Eclateur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que chaque manchon est dirigé intérieurement au-dessous de l'extrémité intérieure de la partie isolante adjacente de l'en- ceinte d'une quantité suffisante pour rendre le plus petit intervalle, par I'intermédialre du gaz de remplissage, compris entre ladite extrémité et l'électrode portant le manchon, sensiblement plus grand que l'intervalle compris entre l'extrémité intérieure de cette électrode et la partie adjacente de la partie centrale de l'enceinte. 9. Eclateur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les parties des électrodes dirigées vers l'intérieur au-dessous des manchons sont de diamètre supérieur à celui des parties des électrodes comprises dans lesdits manchons.