Brevet FR2271660A1 — publié le 19751212

On sait qu'à titre de sécurité, on dispose sur certains circuits électriques des dispositifs dits " parafoudre N eompor- tant deux électrodes en vis-à-vis, chacune des deux électrodes étant reliée aux deux conducteurs du circuit à protéger, l'une des électrodes pouvant dtre reliée à la masse, les deux électrodes constituant un éclateur, qui laisse passer le courant en cas de surtension indésirable. Dans un mode de réalisation connue, les électrodes sont deux cylindres droits, sensiblement de meme axe dont les bases sont disposées en vis-à-vis, les deux électrodes étant placées à l'intérieur d'un tube en verre dans lequel on a établi une pression réduite d'argon.Lorsqu'un arc s'établit entre les deux électrodes du dispositif parafoudre, ce dispositif permet la suppression d'une surtension par écoulement d'un courant Or, si l'on fait écouler un courant important pendant un temps relativement long, il est fréquent que le tube en verre délimitant l'enceinte à pression réduite se casse de sorte que, dans une telle hypothèse, le circuit associé au dispositif parafoudre n'est plus protégé contre les surtensions. On a déjà proposé de protéger le tube extérieur par un manchon disposé entre le tube extérieur et les électrodes mais cette technique n'est pas souhaitable car au moment du passage de l'arc entre les électrodes il se produit un dépit métallique sur le manchon qui permet un amorçage de l'arc pour une valeur différente de celle qui correspond normalement à l'écartement des électrodes. On désire donc que, lorsqu'une forte intensité s'écoule à travers le dispositif parafoudre, il s'établisse entre les deux électrodes, un court-circuit permettant de laisser écouler sans difficulté, la quantité de courant nécessaire, cette astreinte de mise en court-circuit constituant une sécurité puisqu'en général le dispositif parafoudre est interposé entre un conducteur du circuit et la masse. Lorsque l'on effectue un test d'essai de fonctionnement normal sur un dispositif parafoudre, on établit entre les électrodes du dispositif un arc qui permet le passage d'un courant de forte intensité pendant un temps prédéterminé, le passage de l'arc pouvant etre répété plusieurs fois de suite à des intervalles de temps très déterminés.On peut, par exemple, prévoir le passage d'un courant de 30 ampères pendant une seconde, puis après un repos de deux secondes, un noneau passage d'un courant de 30 ampères pendant une seconde, puis un temps d'arrêt de- 5 minutes et l'on peut spé cifier que le dispositif parafoudre, pour titre convenable, doit supporter ce cycle d'essai cinquante fois de suite sans subir de détériorations et en particulier, sans que les électrodes se mettent en court-circuit.Néanmoins, si l'on impose au dispositif parafoudre, le passage d'un courant de forte intensité pendant un temps supérieur à celui prévu dans le test d'essai, il faut que les deux électrodes du parafoudre se mettent en court-circuit pour permettre, dans tous les cas, l'écoulement de la quantité de courant due à la surtension prolongée anormale. Avec les dispositifs parafoudre de type connu, cette mise en court-circuit ne peut provenir que d'une dilatation des électrodes due à l'échauffement, par le passage du courant, des extrémités des deux électrodes venant ainsi au contact et se soudant. Cependant, la soudure des électrodes n'intervient pas toujours avant la rupture du tube extérieur du parafoudre de sorte que pour une proportion importante des parafoudres de type connu, on n'arrive pas à obtenir, de façon certaine, la mise en court-circuit des électrodes au cas où la surtension que l'on veut laisser écouler vers le sol est maintenue pendant un temps relativement long et avec une intensité relativement élevée. Cette incertitude quant à la mise en court-circuit du parafoudre est un grave inconvénient sur le plan de la sécurité. La présente invention a pour but de pallier à cet inconvénient en proposant un dispositif parafoudre dont les électrodes sont mises en court-circuit à coup sur lorsqu'un arc permet le passage d'un courant intense pendant un temps prolongé entre les électrodes, les électrodes supportant cependant, sans risque de mise en court-circuit, les tests de surtension de courte durée. La présente invention a pour objet, le produit industriel nouveau que constitue un dispositif dit " parafoudre n destiné à protéger un circuit en cas de surtension, ce dispositif comportant à l'intérieur d'une enveloppe où règne une pression réduite, deux électrodes disposées en vis-à-vis, chaque électrode étant reliée à un contact électrique extérieur à~ltenveloppe précitée, ledit dispositif étant destiné à être utilisé de façon que le plan moyen de l'espace inter-électrode soit sensiblement horizontal, caractérisé par le fait que l'une au moins des électrodes, à savoircelle qui, dans la position de travail du dispositif parafoudre, se trouve au-dessus du plan moyen de l'espace inter-électrode, porte latéralement un élément rapporté constitué d'un métal, dont le point de fusion est compris entre la température maximum que peuvent atteindre les électrodes dans les conditions de fonctionnement considérées comme normales pour le dispositif parafoudre et la température de ramollissement du matériau dont est constituée l'enveloppe du dispositif parafoudre. Dans un mode préféré de réalisation, l'enveloppe que comporte le dispositif parafoudre est un tube de verre ; la température maximum des électrodes correspondant au fonctionnement normal du dispositif parafoudre est d'environ D00 C ; l'élément rapporté latéralement sur l'une au moins des électrodes est une plaquette d'alliage métallique, ladite plaquette ayant un volume suf- fisant pour qu'à l'état fondu, le métal dont elle est constituée puisse remplir au moins partiellement 11 espace inter-électrode ; les électrodes sont deux cylindres identiques de meome axe, les faces d'extrémités desdites électrodes étant écartées d'environ 0,5 à 1 mm ; l'alliage dont est constituée la plaquette fusible associée à une électrode est un alliage d'argent et de cuivre et, de préférenee, un alliage comportant environ 72 ,C' , d'argent et en- viron 28 % de cuivre ; la zone centrale des faces d'extrémité de chaque électrode est constituée d'un mélange de poudres comprimé contenant principalement de la poudre de baryum, ltéleetrode ellememe étant réalisée en fer ; 11 enveloppe du dispositif parafoudre renferme de l'argon sous une pression réduite d'environ 60 millibars ; le dispositif parafoudre comporte une plaquette fusible sur chacune de ses deux électrodes ; la plaquette fusible associée à une électrode est disposée de façon que sa bordure la plus proche de ltespace inter-électrode soit à une certaine distance de la face d'extrémité de l'électrode qui la porte. On voit que le dispositif parafoudre selon l'invention permet, de façon très simple, la mise en court-circuit des deux électrodes lorsqutun courant de surtension trop important ou trop prolongé vient à traverser le parafoudre. En effet, lorsqu'un tel courant anormal circule à travers les électrodes avec maintien arc are intense entre les deux électrodes, il se produit un fement des électrodes avec dilatation de celles-ci. Lorsque l'on atteint la température de fusion des plaquettes d'alliage fusible associées à chacune.des deux électrodes, ledit alliage fond et, étant donné que l'axe des électrodes estvsensiblement vertical, l'alliage associé à ltélectrode supérieure s'écoule en formant goutte et vient se placer par capillarité dans l1espace inter- électrode en mettant ainsi les deux électrodes en court-circuit. Le courant de surtension, aussi intense soit-il, pourra donc ainsi passer à travers le parafoudre meme si, ultérieurement, l'envelop- pe tubulaire en verre du parafoudre vient à se casser. La température de fusion de l'alliage fusible que l'on utilise est fonction de la température maximum des électrodes dans les conditions que lton considère cornme normales pour le fonctionnement du dispositif parafoudre. Plus l'écoulement de fortes intensités de courant à travers le parafoudre devra être fréquent en condition de travail normal du parafoudre, plus la température maximum atteinte par les électrodes dans les conditions de travail normal sera élevée, et plus la température de fusion de ltalliage fusible associé à chacune des deux électrodes devra eAtre élevée. Cependant, la limite supérieure est donnée par la température de ramollissement de ltenveloppe tubulaire extérieure du parafoudre étant donné que la mise en court-circuit doit intervenir avant que l'enveloppe tubulaire du parafoudre ne soit déterioree. Pour mieux faire comprendre ltobjet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin : - la figure 1 représente un dispositif parafoudre selon l'invention dans sa position de travail normal, vu en élévation ; - la figure 2 représente le dispositif parafoudre devra figure 1 lorsque les électrodes ont été mises en court-circuit à la suite du passage prolongé d'un courant intense ; - la figure 3 représente une coupe axiale agrandie de l'extrémité d'une électrode du dispositif parafoudre de la figure 1 ; - la figure 4 représente une vue en bout de ltélectrode de la figure 3, selon IV-IV de la figure 3. En se référant au dessin, on voit que lton a désigné par 1 le tube en verre qui constitue l'enveloppe extérieure du dispositif parafoudre selon l'invention. A chaque extrémité du tube 1 -est disposée une douille métallique 2 comportant radialement une patte 2a, la douille 2 et la patte 2a constituant un contact électrique d'extrémité qui est en liaison électrique avec la base d'une tige d'électrode 3 disposée à l'intérieur de l'enveloppe 1. Chacune des deux tiges 3 est disposée sensiblement selon l'axe de l'enve- loppe 1 et se termine par une électrode cylindrique 4 ayant un diamètre extérieur supérieur à celui de la tige 3. tes deux faces d'ex- trémite des deux électrodes 4 sont en vis-à-vis et comportent dans leur zone centrale un évidement cylindrique 5 rempli de poudre de baryum con primée. La distance entre les deux faces d'extrémité des deux électrodes 4 est environ 1 + 0,15 am. Les électrodes 4 sont constituées en fer pur ; les tiges 3 sont constituées en un métal se soudant au verre de ltenveloppe 1. A l'intérieur de ltenveloppe 1 règne une pression réduite d'argon d'environ 6Q millibars. Selon l'invention, on a fixé par un point de soudure électrique sur les faces latérales de chacune des électrodes cylindriques 4 une-plaquette 6 constituez d'un alliage comportant 72 % d'argent et 28 % de cuivre. La plaquette 6 est une plaquette rectangulaire dont une bordure 6a est parallèle à la face d'extré- mité de l'électrode 4 qui la porte, la bordure 6a se trouvant à environ 0,5 mm en retrait par rapport au plan de la face d'extrémité de I'électrode 4 qui la porte. L'épaisseur de la plaquette 6 est d'environ 0,2 mn ; sa largeur est de 4 mm et sa longueur de 6 min. Lorsque le parafoudre, qui vient entre décrit, est soumis à des conditions de fonctionnement normal, 11 échauffement des électrodes 4 est relativement limité et, en particulier, leur température reste inférieure à 3000 C environ, Un tel fonctionnement normal correspond par exemple au test d'essai qui est imposé par l'utilisateur de ce dispositif parafoudre ; un tel test peut consister à faire passer 30 ampères pendant une seconde sous une ten sinon suffisante pour allumer l'arc entre les deux électrodes 4, puis après deux secondes d'arrêt, à nouveau 30 ampères pendant une seconde, à s'arrêter ensuite cinq minutes et à recommencer ce cycle d'essai cinquante fois de suite.Dans ces conditions de fonctionnement dites normales, les plaquettes 6 ne sont pas portées à leur température de fusion et le parafoudre reste en fonctionnement norW mal. Si, au contraire, on fait passer par une surtension appropriée, un courant de 20 ampères pendant un temps suffisamment long entre les deux électrodes 4, ce qui correspond à des conditions de fonctionnement. anormales du parafoudre, la température des électrodes atteint la température de fusion des plaquettes 6. Conseil est représenté sur le dessin, le parafoudre est utilisé de façon que le plan moyen de ltespace inter-électrode soit sensi blement horizontal ; les deux plaquettes 6 deviennent liquides et la plaquette 6 de l'électrode supérieure s'écoule en direction de l'espace inter-électrode ; l'alliage liquide de la plaquette 6 de l'électrode supérieure s'introduit dans l'espace électrode par eapillarité et remplit pratiquement complètement ledit espace en formant une goutte 7, mettant ainsi les deux électrodes 4 en courtcircuit.Dans cette mise en court-circuit, la plaquette 6 associée à 11 électrode inférieure ne joue aucun rôle mais l'on préfère associer une plaquette 6 à chacune des deux électrodes pour que le dispositif parafoudre puisse être utilisé verticalement dans un sens ou dans l'autre ; si une seule des électrodes 4 portait une plaquer te 6, il faudrait nécessairement que cette électrode soit placée au-dessus de ltespace inter-électrode et dans ce cas, une erreur de positionnement serait susceptible d'entrainer l'absence de sécurité quant à la mise en court-circuit du parafoudre en cas de fonctionnement anormal. On constate que la mise en court-circuit du parafoudre steffectue de façon sere avant que ltenveloppe tubulaire 1 n'ait été détériorée, ce qui permet une fiabilité satisfaisante de l'appareil. Il convient de noter que le fait de disposer la bordure 6a de la plaquette 6 en retrait par rapport à ltextrémité de l'élec- trode 4 correspondante, permet d'éviter l'action, sur ladite bordure 6a, de l'arc qui peut s'établir entre les électrodes 4 pendant les phases de fonctionnement normal du parafoudre. il est bien entendu que le mode de réalisation ci-dessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'in- vention. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif dit "parafoudre" destiné à protéger un circuit en cas de surtension, ce dispositif comportant à lXinté- rieur d'une enveloppe où règne une pression réduite, deux électro- des disposées en vis-à-vis, chaque électrode étant reliée à un contact électrique extérieur à l'enveloppe précitée, ledit dispositif étant destiné à ebtre utilise de façon que le plan moyen de 11 espace inter-électrode soit sensiblement horizontal, caractérisé par le fait que l'une au moins des électrodes, à savoir celle qui, dans la position de travail du dispositif parafoudre, se trouve au-dessus du plan moyen de 11 espace inter-électrode, porte latéralement un élément rapporté constitué d'un métal, dont le point de fusion est compris entre la température maximum que peuvent atteindre les électrodes dans les conditions de fonctionnement considérées comme normales pour le dispositif parafoudre et la température de ramollissement du matériau dont est constituée l'enveloppe du dispositif parafoudre. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que lSlément rapporté latéralement sur l'une au moins des électrodes est une plaquette d'alliage métallique, ladSte plaquette ayant un volume suffisant pour qu'à l'état fondu, le métal dont elle est constituée puisse remplir au moins partiellement l'espace inter-électrode en formant contact entre les électrodes. 9 - Dispositif selon l'une des revendications lou 2, caractérisé par le fait qutil comporte une plaquette fusible sur chacune de ses deux électrodes. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, Ca- ractérisé par le fait que l'alliage dont est constituée la plaquette fusible associée à une électrode est un alliage d'argent et de cuivre et, de préférence, un alliage comportant environ 72 ss d'argent et environ 28 ss de cuivre. 5 - Dispositif selon l'une des revendications I à 4, ca ractérisé par le fait que la plaquette fusible associée à une électrode est disposée de façon que sa bordure la plus proche de l1es- pace inter-électrode, soit à une certaine distance de la face d'extrémité de ltélectrode qui la porte. 6 - Dispositif selon l'une des revendications I à 5, ca ractérisé par le fait que ltenveloppe est un tube de verre contenant un gaz rare sous pression réduite0 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, ca ractérisé par le fait que les électrodes sont deux cylindres identiques de m8me axe, les faces d'extrémité desdites électrodes étant écartées d'environ 0,5 à 1,5 millimètre. 8 - Dispositif selon l'une des revendications l à 7, ca ractérisé par le fait que la zone centrale des faces d'extrémité de chaque électrode est constituée d'un mélange de poudres comprimé contenant principalement de la poudre de baryum comprimée, lté- lectrode étant elle-même réalisée en fer. 9 - Dispositif selon l'une des revendications l à 8, caractérisé par le fait que son enveloppe renferme de l'argon sous une pression réduite d'environ 60 millibars.