Brevet FR2386174A1 — publié le 19781027

La présente invention a pour objet un dispositif de protection contre les surtensions du type comprenant un appareil dérivant les surtensions ou limiteur de tension1, a remplissage de gaz et une résistance dont la valeur est fonction de la tension appli quée, et dans lequel cette resistance est constituée par une varistance à base d'oxyde métallique et-est branchée en parallèle sur le limiteur de tension à remplissage de-gaz. On connait déjà, par la demande due brevet allemand publié sous le No. 1 803.770, un dispositif de protection contre les surtensions qui est constitué d'un circuit comprenant en série une multiplicité d'éclateurs individuels et-de résistances dont la valeur est fonction de la tension appliquée, et dans lequel les éclateurs sont partiellement constitués avec des tensions d'amor çage- différentes et sont pourvus de commandes individuelles compensant ces différences de tensions d'amorçage, les caracteristiques différentes dé ces éclateurs individuels étant obtenues grâce à un remplissage moyen de gaz variés. Un tel dispositif de protection sert à la dérivation de hautes tensions. On connaît également, par exemple par le brevet allemand 1. 192.733, des limiteurs de tension incluant des éclateurs et des résistances qui son;t montées en série avec ces éclateurs et dont la valeur est fonction de la tension appliquée, des résistances de commande dont la valeur est également fonction de la tension appliquée étant branchées enparallèle sur ces éclateurs. Dans le cas de limiteurs de tension, on s'efforce de maintenir aussi réduite que possible la tension de réponse tout en conservant la sé curité -d'extinction désirable.L'uniformité de répartition de la tension sur les divers éclateurs d'un limiteur de haute tension est généralement obtenue au moyen de résistances ohmiques ou fonction de la tension appliquée qui sont branchées soit en parallèle sur chaque éclateur, soit en parallèle sur des groupes d'eclateurs. Des résistances dont la valeur est fonction de la tension appliquée sont notamment connues par la demande de brevet allemand publie sous le No-. 1.765.097. De telles resistances non-linéaires sont par exemple constituées d'un disque fritté d'oxyde de zinc qui est pourvu sur ses faces opposées d'électrodes-, l'une de ces électrodes étant par exemple en contact ohmique avec le disque tandis que l'autre électrode est en contact non-ohmique.- D'autres résistances non-linéaires sont par exemples constituées par des varistances au carbure de silicium, par des redresseurs au sélénium, et par des redresseurs à jonction pn au germanium ou au silicium. Comme substitution directe aux éléments mécaniques d'interconnexion dans les centraux téléphoniques modernes ont été proposés des points de couplage à semi-conducteurs supportant de hautes tensions (se reporter à ce sujet à l'article Erich Bàchle : "Ein hochspannungsfester Halbleiterkoppelpunkt zum direkten Erzatz von mechanischen Durchschalteelementen"-"Un point de couplage à semiconducteurs résistant aux hautes tensions pour le remplacement direct d'elements mécaniques d'interconnexion " -paru-dans "Wiss. Ber. AEG-Telefunken" 49 (1976) 4/5). Cette suggestion s'avère tou-tefois d'une application très délicate, du fait que ces points de couplage à semi-conducteurs doivent pouvoir supporter sans dommages de relativement fortes tensions de l'une et l'autre polarités, en particulier dans le cas de tensions perturbatrices élevées, ainsi que de fortes intensités perturbatrices alors que les courants à transmettre sont relativement faibles. Comme circuit de protection pour ces points de couplage à semi-conducteurs a été proposé un circuit incluant une résistance de limitation insérée dans la ligne de transmission et une varistance à oxyde métallique placée en amont du point de couplage. Le temps de réponse des varistances à oxyde métallique, qui est inférieur à 50 ns,est plus court que dans le cas de limiteurs de tension à décharge gazeuse. Ces varistances réagissent ainsi dans tous les cas plus rapidement que les points de couplage semi-conducteurs à thyristors, et absorbent des énergies pouvant aller jusqu'à 20 Ws. Si l'on suppose que pour ces varistances le courant en cas de court-circuit doive être limité à 100 A, on obtient alors, dans le cas de crêtes de tension de 2.000 V sur la ligne aérienne, une valeur de 20 Ohms pour la résistance série. Ces résistances doivent ainsi être construites pour supporter des tensions de choc de 2.000 V.Les hypothèses ici retenues sont certainement valables dans des répartiteurs principaux pour la protection des éléments de couplage du central téléphonique, du fait que l'effet de la foudre se répartit sur les lignes qui courent parallèlement les unes aux autres et que la contrainte imposée aux circuits de protection se trouve réduite en conséquence.- Mais le circuit de protection ainsi proposé et cons- titué de résistances et de varistances à oxydes métalliques ne peut sans autres précautions être utilisé à la protection du poste d'abonné ou des cibles lorsque l'on doit compter avec une action directe de la foudre I1 serait cependant très souhaitable de pouvoir utiliser les varistances à oxydes métalliques qui sont peu coûteuses, possèdent une réponse très rapide et ne nécessitent pas d'entretien pour la protection des postes contre les surtensions, ceci en raison même de leur fiabilité et de leur rapidité de réponse, et d'autant plus qu'on en connaît des formes de réalisation particulières qui autorisent leur emploi dans le cas de fréquences élevées. Pour la constitution de circuits de protection contre les surtensions pour les contacts mécaniques et les autres composants des centraux téléphoniques, ainsi que pour la protection des postes d'abonnés et des câbles, sont utilisés des appareils dérivant les surtensions ou "limiteurs de tension " à remplissage de gaz et à réponse rapide, lesquels sont pourvus de bandes d'amorçage. Pour une pente de la tension perturbatrice de 5 kV/us, le temps de réponse des limiteurs les plus rapides est inférieur à 240 ns. Afin de s'assurer une sécurité de réponse dans le cas d'entrée en contact galvanique avec la tension nominale de 220 V, on utilise dans les limiteurs de tension des compositions radioactives à préionisation, dont l'efficacité décroît toutefois en fonction de la durée de demi-vie. La fiabilité aux faibles valeurs de la tension de premier amorçage mécroit ainsi fortement en fonction de la durée de service de ces limiteurs de tension L'avantage essentiel de ces limiteurs de tension réside par contre dans leur grande aptitude à supporter le courant sous une tension darc approximativement constante. Ils peuvent ainsi être utilises isolément et sans modification de leurs propriétés caractéristiques pour la dérivation de courants de choc en fonction de leur classe de puissance. La présente invention se donne pour but de concevoir un dispositif de protection contre les surtensions qui réponde à des tensions de choc réduites et ne présente qu'un très bref retard d'amorçage, un tel circuit étant particulièrement approprié à la protection contre les surtensions de montages à semi-conducteurs sur les lignes de télécommunïcations, en particulier de points de couplage à semi-conducteurs. Ce but est atteint, conformément à l'invention, et dans le cas d'un dispositif de protection contre les surtensions du genre défini ci-dessus, grâce au fait que la résistance d'tne ligne de transmission est relevée au moyen d'une résistance Qhmique incluse dans le dispositif de protection, que le limiteur de tension à remplissage de gaz est disposé du cté de cette résistance oh peut se manifester une surtension, et que de l'autre côté de cette résistance la varistance à base d'oxyde métallique limite la tension qui est appliquée à un circuit à semi-conducteurs que l'on désire protéger. Pour la réalisation du dispositif de protection contre les surtensions selon l'invention, peuvent être employés de préférence comme limiteurs de tension à remplissage de gaz des limiteurs du type "bouton "t lesquels peuvent être logés avec les varistances à oxydes métalliques dans un boîtier de façon particulièrement peu encombrante. Le dispositif de protection contre les surtensions selon l'invention présente, du fait que le temps de réponse des varistances à oxydes métalliques est très inférieur à celui des limiteurs de tension, l'avantage de répondre plus rapidement et de limiteur les surtensions à la valeur prescrite même en cas de très fortes pentes de l'onde de tension. Le courant de choc qui est en gendré produit aux bornes de la résistance du circuit de protection une chute de tension additionnelle qui, avec la chute de tension aux bornes de la varistance à oxyde métallique, provoque un amorçage différé du limiteur de tension, en sorte que le courant se trouve commuté sur le limiteur de tension en raison de sa moindre résistance interne.Du fait de l'aptitude accrue des varistances à oxydes métalliques à supporter le courant, la résistance de protection peut être choisie plus réduite, ceci jusqu'à ce qu'enfin la chute de tension de la varistance attaquée suffise, alors que croît le courant de choc, à amorcer le limiteur de tension. L'emploi d'une résistance de protection additionnelle peut paraître préférable au branchement direct en parallèle d'un limiteur de tension et d'une varistance à oxyde métallique lorsque ce montage est plus économique. Du fait que le temps de réponse- des varistances à oxydes métalliques est plus court que celui des limiteurs de tension à remplissage de gaz, le montage parallèle fonctionne egalement lorsque la tension continue de réponse des deux éléments est identique. On peut renoncer à la résistance de protection additionnelle lorsque la résistance ohmique des varistances à oxydes métalliques croît avec l'élévation du courant de choc, en sorte que soit atteinte la tension de choc de réponse du limiteur de tension Le montage parallèle proposé d'un limiteur de tension et d'une varistance à oxyde métallique -éventuellement, avec une résistance de protection accrue- constitue un circuit de protection fiable du poste d'abonne lorsque les courants de choc excèdent 100 A. Du fait de l'amorçage du limiteur de tension, le courant de dérivation se commute sur ce limiteur de tension à remplissage de gaz, si bien que les varistances à oxydes métalliques sont protégées de toute surcharge.Pour de faibles surtensions et des courants de choc réduits, seules les varistances à oxydes metalli- ques assurent la limitation de tension . Grâce au montage parallèle d'un limiteur de tension à remplissage de gaz et d'une varistance à oxyde métallique, le cas échéant avec une résistance de protection accrue, il est possible d'absorber de façon sûre toutes les valeurs de courant de chac. L'invention sera à présent décrite plus en détail à propos d'une forme préférentielle de réalisation, donnée à titre d'exemple illustratif et avec référence à l'unique figure du dessinciannexé Cette figure représente schématiquement un dispositif de protection contre les surtensions selon l'invention, dispositif dans lequel deux limiteurs de tension 1 à remplissage de gaz sont connectés chacun en parallèle avec une résistance 2 dont la valeur est fonction de la tension appliquée.Le dispositif de protection contre les surtensions qui est constitué par le limiteur de tension 1 à remplissage de gaz, par la résistance 2 fonction de la tension appliquée et par la resistance de protection 3 est interposé entre la ligne 4 exposée à l'effet de surtensions et le montage à semi-conducteurs 5 à protéger, en particulier,à l'ensemble de points de couplage à semi-conducteurs. Dans l'exemple de réalisation pris en considération, la résistance de chacune des lignes de transmission 4 est accrue par une résistance de protection 3. Les limiteurs de tension 1 à- remplissage de gaz sont disposés du côté des résistances 3 où peuvent se manifester les surtensions. De l'autre côté de ces résistances 3, les varistances 2 à oxydes métalliques limitent la tension appliquée au point de couplage. On emploiera de préférence, comme limiteur de tension 1 à remplissage de gaz, un limiteur du type dit "bouton ". De tels limiteurs de tension, dans lesquels deux électrodes de conformation tronconique sont insérées de façon étanche aux gaz avec leurs-parties saillantes en regard l'une de l'autre dans les extrémités d'un corps isolant tubulaire réalise en verre ou en une matière céramique, se distinguent tout particulièrement par leurs dimensions réduites. On emploie de préférence, comme résistances 2 dont la valeur est fonction de la tension appliquée, des varistances à oxydes métalliques. La matière céramique de ces varistances peut être par exemple réalisée à base d'oxyde de zinc, d'oxyde de titane, d'oxyde de cuivre ou d'oxyde de fer. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection contre les surtensions du type comprenant un appareil dérivant les surtensions ou "limiteur de tension à remplissage de gaz et une résistance dont la valeur est fonction de la tènsion appliquée, et dans lequel cette résistance est constituéepar une varistance à base d'oxyde métallique et est branchée en parallèle sur le limiteur de tension à remplissage de gaz, caractérisé -par le fait pue la résistance d'une ligne de transmission (4) est relevée moyen d'une résistance ohmique (3) incluse dans le dispositif de protection, que le limiteur de tension (1) à remplissage de gaz est dispose du côté de cette résis- tance (3) où peut se manifester une surtension, et que de l'autre côté de cette résistance (3-) la varistance (2) à base d'oxyde métallique limite la tension qui est appliquée à un circuit à semiconducteurs (5) que l'on désire protéger. 2. Dispositif de protection contre les surtensions selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est employé à la protection de montages à semi-conducteurs dans des installations de télécommunications. 3. Dispositif de protection contre les surtensions selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est employé à la protection de points de couplage à semi-conducteurs dans les installations de télécommunications.