Brevet FR2430083A1 — publié le 19800125

L'invention concerne un tube à décharge dans un gaz, en particulier un dispositif de protection contre les surtensions, comportant au moins un boîtier isolant tubulaire et au moins deux électrodes coaxiales disposées en vis-à-vis l'une de l'autre,à une certaine distanceentre elles. Dans des tubes à décharge dans un gaz, et notamment dans le cas de leur utilisation en tant que dispositif de protection contre les surtensions, la tension continue de réponse doit être maintenue entre des limites étroites de tolérance. Pour ce faire il est nécessaire d'une part d'avoir des électrodes d'une surface active aussi grande que possible. D'autre part l'écartement entre les électrodes ne doit varier que dans une faible mesure. Dans le cas de dispositifs de protection contre les surtensions, dans lesquelles,dans le cas le plus simple, deux électrodes sont disposées en vis-à-vis, en étant isolées l'une de l'autre par un boîtier isolant de forme tubulaire, les variations axiales de longueurs de l'isolant et des électrodes influent di- rectement sur la distance entre les électrodes et par conséquent sur la tension continue de réponse. En outre, dans le cas d'un tel dispositif d'électrodes, la surface active est relativement réduite, comparée aux volumes de l'ensemble du dispositif de protection contre les surtensions, de sorte que, également, la tension continue de réponse ne peut être que difficilement maintenue constante. I1 en va de même pour ce qu'on appelle des dispositifs de protection contre les surtensions à deux voies de décharge, dans lesquels deux électrodes principales sont disposées en visà-vis axialement l'une par rapport à l'autre et forment entre elles une voie de décharge secondaire. Deux voies de décharge principale existent respectivement entre l'une des électrodes principales et une électrode centrale commune entourant de façon annulaire la fente de décharge entre les électrodes principales. De tels dispositifs de protection contre les surtensions à deux voies sont utilisés de préférence pour protéger un couple de conducteurs contre des surtensions. Les deux électrodes principales sont alors raccordées, sous la forme de ce qu'on appelle des électrodes de fil aux deux conducteurs respectifs. L'électrode centrale est placée au potentiel de la terre. L'avantage d'un espace de décharge commun pour les deux conducteurs réside dans le fait que par suite de l'amorçage d'une voie de décharge principale, le gaz est ionisé dans l'ensemble de l'espace de décharge, et que, de ce fait, la seconde voie de décharge principale répond pour une plus faible tension d'amorçage. Un autre avantage réside dans la voie de décharge secondaire existant entre les conducteurs.Cependant,il se présente ici en particulier à nouveau des difficultés du point de vue des tolérances par suite de la sommation des tolérances individuelles, surtout lorsque l'on désire des tensions continues de réponse qui ne s'écartent pas sensiblement de la tension continue de réponse des voies de décharge principales. La présente invention a pour but d'indiquer, dans un tube à décharge à gaz, en particulier dans sa forme de réalisation en tant que dispositif, dans les surtensions ou dispositif de protection contre les surtensions, des dispositions permettant de satisfaire l'exigence d'avoir une tension continue de réponse suffisamment constante. Pour résoudre ce problème il est proposé conformément à l'invention, dans un tube à décharge dans un gaz du type indiqué plus haut, qu'au moins deux surfaces actives, réciproquement en vis-à-vis, des électrodes soient constituées par des surfaces présentant une symétrie de révolution par rapport à un axe des électrodes et parallèles entre elles et dont l'étendue est supérisF re à une surface plane en coupe transversale prise perpendiculairement à l'axe des électrodes, lesdites surfaces faisant en particulier au moins partie de surfaces coniques respectives, dont l'angle d'ouverture du cône est compris entre Oc et 1800. En d'autres termes, des surfaces tridimensionnelles, en particulier deux surfaces coniques, s'interpénètrent en étant écartées l'une de l'autre. La voie de décharge se trouve entre les surfaces en vis-à-vis. On obtient par conséquent d'une part un accroissement de la surface active des électrodes, étant donné que cette surface n'est pas limitée comme une surface perpendiculaire à l'axe des électrodes et à l'axe du boîtier, par le diamètre maximum possible des électrodes. D'autre part la direction de la voie de décharge coïncide avec l'axe des électrodes et par conséquent avec la direction des variations longitudinales. Pour des longueurs différentes situées dans les tolérances, les surfaces des électrodes se déplacent l'une devant l'autre. L'écartement entre les électrodes ne varie alors que d'une fraction de la somme des différences de longueurs individuelles. Dans le cas d'un angle d'ouverture de par exemple 450 des deux cônes s' interpénétrant, on obtient une réduction, d'un facteur égal à i-, de l'influence d'une variation axiale d'écartement sur la variation de longueur de la voie de décharge. L'accroissement de la surface active des électrodes présente l'avantage d'une capacité de charge en courant plus importante du tube à décharge dans un gaz. Dans une forme de réalisation d'un tube à décharge dans un gaz conforme à l'invention et réalisé sous la forme d'un dispositif de protection contre les surtensions, à une voie de décharge, comportant deux electrodes disposées axialement en visà-vis, la première électrode est réalisée avec une forme conique et la seconde électrode comporte un enfoncement conique correspondant dans lequel s'engage la première électrode, de sorte que deux surfaces coniques servant de surfaces actives des électrodes sont situées en vis-à-vis, à une distance réciproque constante en tous points. Selon une variante avantageuse d'un tel tube à décharge dans un gaz il est proposé que la première électrode possède, à la place de la pointe conique, un enfoncement conique et que la seconde électrode possède, au centre de l'enfoncement conique, un cône correspondant qui pénètre dans cet enfoncement ou cuSAeonupe de la première électrode. Une telle forme de réalisation des surfaces actives des électrodes sous la forme de doubles cônes, c'est-à-dire une surface conique convexe de petite taille dans la surface conique de plus grande taille concave et réciproquement, fournit l'avantage que la vaporisation de particules d'activation des électrodes sur le boîtier isolant est empêchée. La sensibilité à des défauts de l'isolant est de ce fait réduite. D'une manière générale ceci est valable pour une surface d'électrode à courbures multiples lorsqu'il apparaît de ce fait un espace de décharge pour ainsi dire fermé. En outre cette forme de réalisation à doubles cônes présente l'avantage d'une longueur hors-tout plus faible que dans le cas de la forme de réalisation avec un cône simple. Une forme de réalisation d'un tube à décharge dans un gaz conforme à l'invention est réalisée sous la forme d'un dispositif de protection contre les surtensions à deux voies, comportant deux électrodes principales situées axialement en vis-à-vis, et une électrode centrale entourant de façon coaxiale et annulair la fente de décharge et qui est reliée aux électrodes principales respectivement par l'intermédiaire d'un boîtier isolant tubulaire, prévoit que les deux électrodes principales forment des cônes respectifs et pénètrent, des deux côtés, dans l'ôuverture de l'électrode centrale, constituée des deux côtés en forme de troncS de cônes conformément auxdits cônes, les surfaces coniques parallèles et en vis-à-vis délimitant les voies de décharge principales, et les cônes, disposés en vis-à-vis axialement, des électrodes principales délimitant la voie de décharge secondaire. Par rapport à une forme de réalisation coaxiale dans laquelle l'électrode centrale entoure l'électrode principale et délimite par conséquent deux voies de décharge principales en forme de cylindres, la solution conforme à l'invention présente assurément l'inconvénient que des variations de longueurs du dispositif, influent, ii est vraie façon réduite, sur la longueur des voies de décharge principales, mais présente l'avantage constituant en ce que des variations radiales n'interviennent également que de façon réduite. I1 est avantageux que, selon une variante de réalisation, les cônes des électrodes principales soient aplatis à leurs som mets et possèdent pour la voie de décharge secondaire, des surfaces d'électrodes planes et parallèles entre elles et ce perpendiculairement à l'axe desdites électrodes. De ce fait on obtient également pour la voie de décharge secondaire une surface suffisamment importante des électrodes. On peut également imaginer ici un accroissement supplémentaire de surface, au moyen de deux surfaces coniques s'interpénetrant. Selon une autre variante avantageuse d'un tube à décharge dans un gaz conforme à l'invention-il est proposé que les surfaces coniques actives des électrodes comportent des échelons ou gradins coaxiaux. Pour la réalisation sous la forme d'un dispositif de protection contre les surtensions à deux voies, il est proposé selon une autre variante, que les surfaces actives coniques des électrodes portent des gorges longitudinales réparties sur leur pourtour, le long des génératrices des surfaces coniques. Une telle division de la surface des électrodes provoque non seulement l'accroissement de la surface, mais entraîne égalementl'avantage consistant en ce que des masses d'activation, qui sont déposées habituellement sur les surfaces actives des électrodes, ont une meilleure adhérence. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexes plusieurs formes de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 représente un tube à décharge dans un gaz conforme à l'invention, du type utilisé pour un dispositif de protection contre les surtensions à une voie et comportant des surfaces d'électrodes à un seul cône. La figure 2 représente un tel tube à décharge dans un gaz, dans lequel les surfaces des électrodes sont à cônes doubles. La figure 3 représente un tube à décharge dans un gaz conforme à l'invention du type utilisé en tant que dispositif de protection contre les surtensions à deux voies et comportant des surfaces d'électrodes nervurées coaxialement. La figure 4 représente un tel tube à décharge dans un gaz, dont l'électrode centrale comporte une surface nervurée longitudinalement. La figure 5 représente une coupe prise suivant la ligne V-V du tube à décharge dans un gaz du type représenté sur la figure 4. Sur la figure 1, un dispositif de protection contre les surtensions, rempli par un gaz, comporte un boitier isolant tubulaire 1 en verre ou en céramique et deux raccords hermétiques constitués sous la forme d'électrodes métalliques 2 et 3 en forme de coupelles ou de godets et qui pénètrent à l'intérieur du tube isolant 1. Les bords des coupelles 2 et 3 sont reliés au verre de soudure ou à la soudure métallique par une liaison metalverre ou métal-céramique étanche au vide. Des conducteurs 4 et 5 d'alimentation des électrodes sont disposés de manière à faire saillie vers l'extérieur à l'intérieur des enfoncements en forme de coupelles. Les fonds des coupelles sont constitués avantageusement par un elément massif pour l'évacuation thermique.Leurs surfaces qui sont réciproquement opposées et qui sont dirigées vers l'intérieur du dispositif de protection contre les surtensions, sont réalisées conformément à l'invention. Conformément à cela, l'électrode 2 se termine par un cône qui pénètre dans le creux d'un cône forme par l'électrode 3. On obtient de ce fait deux surfaces actives d'électrodes de forme cônique, qui sont en tous points à la même distance. L'angle d'ouverture du cône est de 900 dans la forme de réalisation préferée. De ce fait la distance effectivement active tw du p2t de vue éJectriilue, des voies de décharge constituées entre les surfaces actives des électrodes, est inférieure, du facteur V2 , à l'écartement axial réciproque des électrodes 2 et 3.Des variations axiales de longueurs du tube isolant 1 et des électrodes 2 et 3 influent par conséquent, du point de vue de la dSSmritéentre dpitifs et de la dépendance vis-à-vis de la température, en étant réduits du facteur Vff sur les variations de la longueur des voies de décharge et par conséquent de la tension continue de réponse. La surface active de l'électrode est supérieure du facteur #2, à celle qu'il serait possible d'avoir dans le cas de surfaces d'électrodes planes et parallèles. Pour obtenir un accroissement supplémentaire de surface, les surfaces coniques sont subdivisées par des épaulements ou des gradins coaxiaux en forme d'escaliers. Cela fournit en outre un accroissement de l'adhérence pour une masse d'activation des électrodes, qui est déposée avantageusement à la surface de ces dernières. la gwe 2 représente à nouveau, en tant que variante de la fange de réalisation du dispositif de protection contre les surtensions de la figure 1, un tube isolant 1 comportant deux raccords qui sont ici constitués par les électrodes 6 et 7 munies de raccords extérieurs 8 et 9. La surface conique de l'électrode 6 comporte un enfoncement axial conique si bien que l'on obtient une partie axiale annulaire 10 d'électrode possédant une section transversale triangulaire. L'électrode 7 comporte par conséquent un enfoncement annulaire 11 possédant une section transversale triangulaire. Les surfaces actives des électrodes, qui sont situées en vis-â-vis en parallèle, sont à nouveau subdivisées par des gradins coaxiaux en forme d'escaliers. Dans le cas de cette disposition on obtient l'avantage consistant en ce que des parties volatilisées de la masse d'activation des électrodes ne peuventopas se déposer aussi facilement sur le tube isolant 1. Conformément à la figure 3, un dispositif de protection contre les surtensions à deux voies comporte deux électrodes principales métalliques 12 et 13 en forme de cuvettes, qui pénètrent à l'intérieur d'un boîtier isolant et dont les extrémités en forme de tronc de cône des électrodes sont tournées l'une vers l'autre. Le boîtier isolant est constitué par deux tubes isolants 14 et 15 en verre ou en céramique, qui sont reliés entre eux suivant une direction axiale par l'intermédiaire dtune électrode centrale métallique coaxiale 16 de forme annulaire. Les liaisons sont à nouveau des liaisons métal-verre ou métal-céramique hermétiques. L'électrode centrale 16 de forme annulaire possède, dans sa partie située vers l'axe, une section transversale triangulaire de sorte que, en regardant suivant la direction axiale, on obtient deux ouvertures en forme de troncs due cônesdont les parties rétrécies sont tournées l'une vers l'autre. Dans ces ouvertures pénètrent les extrémités en forme de tronc de cône des électrodes principales 12 et 13. Elles constituent avec les surfaces enveloppes de l'électrode centrale 16 les voies de décharge principales 17 et 18 et, avec leurs surfaces axiales planes et parallèles, la voie de décharge auxiliaire 19. Les surfaces des voies de décharge principales 17 et 18 sont à nouveau étendues par des gradins coaxiaux en forme d'escaliers. Les surfaces des électrodes de la voie de décharge secondaire 19 sont étendues au moyen de nervures concentriques. La figure 4 représente une variante du dispositif de protection contre les surtensions à deux voies de la figure 3. Conformément à cette figure il est prévu deux tubes isolants 20 et 21, deux électrodes principales 22 et 23 en forme de cuvettes et une électrode centrale annulaire 24. Comme cela ressort de la figure 5, qui représente une coupe axiale prise suivant la ligne V-V de la figure 4 au niveau du plan médian de l'électrode centrale 24, les surfaces des électrodes des voies de décharge principales 25 et 26 portent des nervures longitudinales réparties à leur périphérie le long des génératrices des surfaces coniques. Les surfaces de la voie de décharge secondaire 27 comportent des trous, en tant que variante de nervures concentriques. REVENDICATIONS 1. Tube à décharge dans un gaz, en particulier - dispositif de protection contre les surtensions, comportant au moins un boîtier isolant tubulaire et au moins deux électrodes coaxiales disposées en vis-a-vis l'une de l'autre et àus certaine distance, caractérisé par le fait qu'au moins deux surfaces actives, réciproquement en vis-à-vis, des électrodes sont constituées par des surfaces présentant une symétrie de révolution par rapport à un axe des électrodes et parallèles entre elies,etdont l'étendue est supérieure à une surface plane en coupe transversale prise perpendiculairement à l'axe des électrodes, lesdites surfaces faisant en particulier au moins partie de surfaces coniques respectives, dont l'angle d'ouverture du cône est compris entre Oc et 1800. 2. Tube à décharge dans un gaz suivant la revendication 1, réalisé sous la forme d'un dispositif de protection contre les sur tensions à une voie de décharge et comportant deux électrodes disposées axialement en vis-à-vis, caractérisé par le fait que la première électrode (2) possède la forme d'un cône et que la seconde électrode (3) possède un renfoncement conique correspondant, dans lequel pénètre la première électrode (2), de telle manière que les deux surfaces coniques sont disposées en vi s-à- vis, en tant que surfaces actives des électrodes, à un écartement constant en tous points. 3. Tube à décharge dans un gaz suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la première électrode (6) possède, à la place d'une pointe conique, un enfoncement conique et que la seconde électrode (7) possède au centre de l'enfoncement conique une partie conique correspondante qui pénètre dans lt enfon- cement conique de la première électrode (6). 4. Tube à décharge dans un gaz suivant la revendication 1, réalisé sous la forme d'un dispositif de protection contre les surtensions à deux voies de décharge, comportant deux électrodes principales situées axialement en vis-à-vis et comportant une électrode centrale entourant coaxialement et de façon annulaire la fente de décharge et qui est reliée aux électrodes principales respectivement par l'intermédiaire d'un boîtier isolant tubulaire, caractérisé par le fait que les deux électrodes principales (12, 13 ; 22, 23) forment des cônes respectifs et, des deux côtés, pénètrent dans les ouvertures de l'électrode centrale (16, 24), ayant des deux cotés la forme de troncs de cônes correspondant auxdits cônes, les surfaces coniques parallèles et en vis-à-vis délimitant les voies de décharge principales (17, 18 ; 25, 26) et les cônes, disposés axialement en vis-à-vis, des électrodes principales (12, 13 ; 22, 23) délimitant la voie de décharge secondaire (19 ; 27). 5. Tube à décharge dans un gaz suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que les cônes des électrodes principales (12, 13 ; 22, 23) sont aplatis au niveau de leur pointe et possèdent, pour la voie de décharge secondaire (19 ; 27),des surfaces d'électrodes planes et parallèles perpendiculaires à l'axe desdites électrodes. 6. Tube à décharge dans un gaz suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les surfaces coniques actives des électrodes (2, 3, 6, 7, 12, 13, 16) portent des gradins coaxiaux. 7. Tube à décharge dans un gaz suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que les surfaces coniques actives des électrodes (22, 23, 24) portent, le long de leurs génératrices, des nervures longitudinales réparties sur leur pourtour.