Brevet FR2279218A1 — publié le 19760213

La présente invention due aux travaux de Gérard MENIOLLE de CILANCOURT du Commissariat de l'énergie Atomique et de Emile LE COQUIN, Jean BOVIN et Jean-Michel PERSON du Centre National dtEtudes des Télécommunications concerne un microparafoudre ou wmicroparasurtension" pour lignes d'abonnés téléphoniques compor- tant, sous atmosphère gazeuse contrôlée, deux électrodes allongées opposées l'une à l'autre, à distance longitudinale suffisante pour garantir qu'uns décharge se produira sur cette distance et entrainera avec une dissipation de puissance d'une dizaine de watts, sous l'action d'une compression prédéterminée sur les extrémités des électrodes, une mise en court-circuit franc de ces électrodes. Ce microparafoudre est généralement placé aut extrémités des lignes téléphoniques, particulièrement dans les tettes de c'ables d'abonnést à raison d'un microparafoudre Par fil. On connatt dans l'art antérieur, un microparafoudre qui sera décrit plu9 loin en détail et qui présente notamment les inconvénients suivants : - ses performances ne sont ni uniformes, ni stables ; - la tension d'amorçage tarie très peu avec la pente du front d'une impulsion de commande ; - la surcharge anormale ne se traduit pas forcément par une mise en court-circuit des électrodes. Etant donné que le matériel utilise dans les réseaux téléphoniques est de plus en plus performant, tout en étant de plus en plus miniaturisé (circuits transistorisés ou intégrés), il est de plus en plus sensible aum perturbations venues de l'extérieur, telles que la foudre, les contacte avec les lignes de distribu- tion d'énergie électriqueS les inductions, etc,et doit entre en conséquence nettement mieux protégé. Il existe sans doute des parafoudres sous atmosphère contrô- lée, par exemple sous atmosphère d'argpn tritié sous une pression de 80 torrs, mais outre leur pris élevés leurs dimensions ne sont pas compatibles avec les équipements actuels des lignes téléphoni ques La présente invention a pour but de réaliser un microparafoudre qui d'une part évite les inconvénients rappelés ci-dessus, d'autre part est d'une structure beaucoup moins onéreuse à construire que celle du microparafoudre connu. A ces fins, un microparafoudre du type initialement défini se caractérise suivant l'invention en ce qu'il comporte une électrode extérieure cylindrique creuse fermée par une seule face frontale, une électrode intérieure cylindrique coaxiale à la précédente et s'avançant à l'intérieur de celle-ci, dans une mesure telle que les faces frontales en vis-à-vis des deux électrodes soient en direction axiale à ladite distance l'une de l'autre, en ce que les deux électrodes sont solidarisées l'uneavecl'autre par une perle de verre fermant de façon étanche aux gaz la seconde extrémité de l'électrode extérieure et par conséquent l'espace compris entre les deux électrodes, enfin en ce que l'électrode intérieure est tubulaire pour permettre 11 introduction du gaz de remplissage par ltex- trémité extérieure, jouant le rôle de queusot, de cette électrode intérieure. Avantageusement : - le gaz de remplissage est constitué par un gaz inerte simple ou eq mélange auquel est ajouté un gaz émetteur de rayonnement ce dernier pouvant titre comme il est connu du tritium - les deux électrodes sont en l'alliage de fer, nickel, cobalt, dit "KOVAR" et dont le coefficient de dilatation est compatible avec celui de la perle de verre; - ladite distance en direction axiale entre électrodes est de tordre de quelques dixièmes de millimètre et la pression du gaz de remplissage comprise entre 50 et 100 torrs. Comme on le verra plus clairement dans la suite de la description un tel microparafoudre possède compte tenu de ses faibles dimensions, des performances meilleures, plus uniformes et plus stableseque celles du modèle connu, du fait notamment que ses caractéristiques (distance entre électrodes, composition du gaz de remplissage) sont plus faciles à contrôler. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, et à l'examen des dessins annexés correspondants dans lesquels - la Fig. 1 est une vue en coupe schématique d'un microparafoudre de l'art antérieur; et - la Fig. 2 est une vue en coupe schématique d'un microparafoudre suivant l'invention. Tel qutil est représenté à la Fig. 1, un microparafoudre à gaz de l'art antérieur comprend deux électrodes métalliques rect- lignes, 1, 2 disposées en ligne, à quelques centièmes de millimètre l'une de l'autre dans une ampoule scellée 3 en verre dur du genre dit "Pyrex" remplie de gaz tel que l'argon sous une pression voisi ne de la pression atmosphérique. L'ampoule est saisie entre les extrémités 4,5 de deux branches d'un étrier faisant ressort, exerçant par conséquent une certaine pression sur les extrémités extérieures des électrodes. Un tel microparafoudre a de nombreux inoonvénients. La faible distance entre électrodes, conditionnée notamment par les tensions d'amorçage dynamique et statique prévues par le cahier des charges de l'Administration, est mal définie dès la fabrication; elle peut conduire facilement au court-circuit intempestif entre électrodes par simple manipulation (pression des doigts, dilatation, etc). La technique de scellement (dans l'air sous flux d'argon, car une technologie avec queusot serait trop onéreuse) fait aussi que l'atmosphère gazeuse intérieure à l'ampoule est de composition mal définie ce qui entratne des incertitudes sur la valeur du travail d'extraition des électrons donc surla tension d'amorçage. Les deux inconvénients cités ont pour conséquence que les performances du parafoudre ne sont ni uniformes ni stables. D'un autre c8té et en raison meme du principe du déclenchement de la décharge (effet de champ combiné avec processus normal dtamorgage) la tension d'amorçage varie très peu avec la pente du front d'une impulsion de comnande. Snfin en cas de surcharge suffisamment prolongée qui devrait entratier court-circuit, le verre de ampoule se ramollit et, sous lteffet de la compression, les deux électrodes ont bien tendance à se rapprocher mais de façon aléatoire car elles peuvent facilement se désaligner et passer l'une à ctté de l'autre, sans créer le court-circuit voulu. On se reportera maintenant à la Plu.2 représentant un microparafoudre à gaz suivant l'invention. n comprend une électrode intérieure métallique tubulaire 11, par exemple en alliage bien connu dit tEOVARt, alliage Fe-Ni-Co dont le coefficient de dilatation est voisin de celui du verre et une électrode extérieure métallique cylindrique creuset2 , par exemple également en KOVAR, à fond épais 12a et disposée coaxialement à la précédente, au moyen d'une perle 13 en un verre de coefficient de dilatation compatible avec celui du KOVAR et qui ferme de façon étanche aux gaz l'intervalle annulaire compris entre le bord libre de l'électrode 12 et la face extérieure de l'électrode 11, laquelle s'avance à 1 t extérieur pour se terminer par un queusot 1 lar L'espace intérieur est rempli comme il est connu d'argon tritié ou d'un mélange argon-néon-tritium.Le tritium émetteur de rayonnement P mou (5 keV) est particulièrement ionisant et a en conséquence pour but de créer dans le gaz des électrons libres favorisant la rapidité de la décharge. La quantité choisie de tritium pour un microparafoudre est telle que l'activité est de l'ordre de 100 microcuries. Plus cette activité est élevée, plus grande est la probabilité de disposer dans l'espace inter-électrodes et durant un intervalle de temps donné si court soit-il, d'un ou plusieurs électrons libres qui vont diminuer le retard statistique à l'amorçage dynamique. Le choix du tritium est aussi motivé par des considérations de sécurité du personnel; en effet la période (de demi-vie) du tritium est de 12 ans, donc du meme ordre que celle des équipements téléphoniques, ce qui fait qu'il ne se pose pas de problème de destruction après usage. L'intérêt de l'argon est de fournir une tension d'arc inférieure à 20 volts, conformément au cahier des charges de l'Administration, et un spectre riche en ultra-violets. Ce dernier point est très important en ce qui concerne 1 'amorçage dynamique, car dans le cas d'un front de montée à 5 kV/ s l'émission d'électrons par la cathode se fait uniquement sous l'influence des photons (dans le cas d'un front de montée à 1 kV/ s il se fait par l'action combinée des photons, des ions et des atomes métastables). La décharge est appelée à s'effectuer uniquement entre le fond de l'électrode cylindrique 12 et l'extrémité frontale intérieure de l'électrode centrale 11 qui peuvent indifféremment servir de cathode et d'anode. L'espace libre compris latéralement entre les deux électrodes est de valeur radiale relativement importante (par exemple 1,2 mm) de manière qu'aucune décharge corona ne puisse s'établir. Par contre l'intervalle compris entre les faces frontales intérieures en vis-à-vis des deux électrodes 11, 12, et où doit se produire la décharge, est pris beaucoup plus petit (par exemple de quelques dixièmes de millimètre) tout en étant de l'or- dre de quinze fois supérieur à celui de l'art antérieur pour pouvoir Qtre fixé avec précision.Cet écartement relativement grand entre électrodes conduit, pour que la tension d'amorçage se maintienne dans les limites voulues, à réduire la pression du gaz de remplissage à quelques dizaines de torrs, pratiquement à une valeur comprise entre 50 et 100 torrs. Le pompage de l'enceinte ainsi que son remplissage sous ladite pression se font par ltélectrode intérieure tubolaire 11, l'étanchéité étant ensuite amenée par écrasement et soudure de ltextrémité lia. En cas de surcharge suffisamment prolongée, la puissance dissipée entratne un ramollissement de la perle de verre et sous lteffet de la compression les deux électrodes intérieures l'une à l'autre entrent obligatoirement en contact, en réalisant le court-circuit voulu. Exemple Longueur hors tout du parafoudre * 21 mm Electrode extérieure - diamètre extérieur ou diamètre hors tout du parafoudre 5 me - diamètre intérieur 4 mm - longueur 13 mn Electrode intérieure - diamètre extérieur 1,6 mm - diamètre intérieur 0,8 mm - longueur 18 Espacements entre électrodes - en direction axiale 0,4 mm - en direction radiale 1,2 mm Gaz - nature argon tritié - activité 100 microcuries - volume - pression 80 torrs * ces dimensions correspondent sensiblement à celles des microparafoudres de l'art antérieur et en service qu'il s'agit de remplacer. La tension dtamorçage statique est inférieure à 300 volts contre 500 à 600 volts pour les modèles de l'art antérieur. La tension d'amorçage dynamique varie avec la pente du front de l'impulsion appliquée - à 5 kV/ > is de montée, elle est de l'ordre de 600 à 700 volts - à 1 kV/)1s de montée, elle se retrouve voisine de 300 volts. Le microparafoudre supporte un écoulement de charge de 10 k & sur une impulsion de 20 à 60jls de largeur (mesurée à mi-hauteur) ou de 10 A efficaces en courant alternatif pendant 1 seconde. Ceci est obtenu gracie aux électrodes métalliqueset surtout à 11 électrode externe qui Joue le rôle de radiateur pour dissiper l'énergie, dtoù un meilleur refroidissement et une plus grande stabilité de fonctionnement. -REVENDICATIONS- 1 ) - Microparafoudre ou "micro-parasurtension" pour lignes d'abonnés téléphoniques comportant, sous atmosphère gazeuse contrdléew deux électrodes allongées opposées l'une à l'autre, à distance longitudinale suffisante pour garantir qu'unie décharge se produira sur cette distance et cnt rainera pour une dissipation de puissance d'une dizaine de watts, sous l'action d'une compression longitudinale prédéterminée sur les extrémités libres des électrodes, une mise en court-circuit franc de ces électrodes, caractérisé en ce outil comporte une électrode extérieure cylindrique creuse fermée par une seule face frontale, une électrode intérieure cylindrique coaxiale à la précédente et stavancant à l'intérieur de celle-ci, dans une mesure telle que les faces frontales en vis-à-vis des deux électrodes soient en direction axiale à ladite distance l'une de I'autre, en ce que les deux électrodes sont solidarisées l'une aweltautre par une perle de verre fermant de façon étanche aux gaz la seconde extrémité de 1' électrode extérieure et par conséquent ltespace compris entre les deux électrodes, enfin en ce que li électrode intérieure est tubulaire pour permettre l'introduction du gaz de remplissage par l'extrémité extérieure, jouant le rôle de queusot, de cette électrode intérieure. 20) - Microparafoudre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de remplissage est constitué par un gaz inerte simple ou en mélange auquel est ajoute un gaz émetteur de rayonnement F t notamment comme il est connu par de l'argon additionné de tritium. 30) - Microparafoudre selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux électrodes sont en alliage de fer, nickel, cobalt, dit "KOVAR", et la perle en un verre dont le coefficient de dilatation est compatible avec celui de cet alliage. 4) - Microparafoudre selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite distance en direction axiale entre électrodes est de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre et la pression du gaz de remplissage comprise entre 50 et 100 torrs.