Brevet FR2430084A1 — publié le 19800125

L'invention concerne un dispositif de protection contre les surtensions comportant une enceinte remplie de gaz et dans laquelle, à l'intérieur d'un corps isolant tubulaire, se trouvent disposées à une certaine distance réciproque et en vis-a-vis des électrodes dont l'une au moins est munie d'une surface, tournée vers l'autre électrode et comportant une plaquette métallique qui, dans le cas d'une surcharge du dispositif de protection contre les surtensions, établit une liaison galvanique avec l'élec- trode disposée en vis-à-vis et qui possède un diamètre supérieur à celui de sa surface reliée à l'électrode. Un tel dispositif de protection contre les surtensions est connu (brevet allemand No. 2 101 417). Grâce aux dispositions consistant à équiper la plaquette métallique très mince d'un dia metre plus important que celui de sa surface de fixation sur les électrodes du dispositif de protection contre les surtensions ou de dérivation des surtensions, on obtient nécessairement une conductibilité thermique variable depuis la plaquette métallique vers la surface de l'électrode.Les surfaces marginales, qui ne sont pas appliquées contre l'électrode, fondent par conséquent dans la zone de charge limite du dispositif de protection contre des surtensions en s'écoulant sur la contre-électrode ou bien, dans le cas où la contre-électrode est également recouverte de façon appropriée par une plaquette métallique,fusionnent avec cette autre plaquette métallique. De ce fait il est possible de donner au dispositif de protection contre les surtensions une caractéristique de court-circuit qui est située toujours au-dessous de ce qu'on appelle la courbe caractéristique de destruction du dispositif de protection contre les surtensions. Outre ce dispositif de protection contre les surtensions à court-circuit interne en cas de surcharge, on connait également des dispositifs de protection contre les surtensions possédant des mécanismes extérieurs de court-circuit (brevet allemand No. 1 922 823). Dans ces dispositifs une pastille de soudure tendre est disposée à côté d'une électrode. Il est en plus nécessaire de prévoir un étrier qui, à l'état de fonctionnement, se termine à une faible distance en avant de la contre-électrode. En outre une force élastique est nécessaire. Lors de l'échauf- fement du dispositif de protection contre une surtension, la pastille de soudure tendre fond, la soudure sort latéralement sous l'action de la forge élastique et l'étrier réalise le courtcircuit extérieiir. Une solution plus économique consiste en un dispositif de protection contre les surtensions, a courtcircuit interne, étant donné que la dépense mécanique est nettement plus réduite. En outre aucun besoin d'espace extérieur supplémentaire n'est nécessaire. On utilise des dispositifs de protection contre les surtensions à décharge dans un gaz par exemple fréquemment dans le répartiteur général destiné à protéger des lignes de transmission d'informations. On obtient une densité élevée d'intégration. Afin que le fonctionnement d'un tel dispositif soit garanti sur une période d'une longue durée, il faut éviter d'endommager les parties isolantes et les raccords élastiques sous l'effet d'un chauffage excessif. Des échauffements intenses apparaissent par suite de la puissance dissipée dans le dispositif de protection contre des surtensions lorsque par exemple un courant alternatif est introduit par contact de la ligne de transmission d'informations avec une ligne à courant alternatif , et ce pendant une durée assez importante, par exemple de l'ordre d'environ 30 secondes.Dans ces cas il doit se produire un court-circuit interne ou externe qui dérive, en tant que court-circuit galvanique, et suivant une voie à faible valeur ohmique, la surtension de telle manière qu'il n'apparait plus d'échauffement nuisible. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de protection contre les surtensions ayant un comportement du type "fail-safe" (c'est-à-dire Iin fonctionnement sûr même en cas de panne; mécanisme de court-circuit) dans lequel l'évacuation thermique à partir des électrodes peut être commandée de telle manière que d'une part les charges exigées en courant alternatif et celles dxes à des surintensités peuvent être véhiculées sans modification du comportement de réponse et que d'autre part le mécanisme de court-circuit intervienne même dans le cas d'une charge faible, mais de longue durée, à courant alternatif. Pour résoudre ce problème il est proposé dans un dispositif de protection contre les surtensions conformes à l'invention, du type indiqué plus haut, que la plaquette métallique soit constituée sous la forme d'un disque compact sur la surface active duquel est disposée une couche connue en soi formée d'une masse présentant une émissivité thermo-électronique élevée et qui est ancrée dans des renfoncements ménagés dans la surface. De préférence on utilise des électrodes métalliques complètes constituées en un matériau dont le coefficient de dilatation est adapté au matériau du corps isolant et dans lesquelles la plaquette métallique est réalisée par dépouillage au tour de la surface des électrodes. Il est en outre particulièrement économique d'utiliser du fer comme matériau pour ltélectrode et de souder l'électrode à un disque annulaire qui est constitué par un alliage ou un métal dont le coefficient de dilatation est à son tour adapté au coefficient de dilatation du corps isolant tubulaire. Le dispositif complet de protection contre les surtensions est constitué par un corps isolant tubulaire constitué par du verre ou de la céramique, qui est relié par l'intermédiaire d'un raccord en verre ou d'une brasure aux électrodes. Des raccords métalliques compacts sur les côtés extérieurs des électrodes assurent une bonne évacuation thermique de la puissance dissipée et accroissent la capacité de charge du dispositif de protection contre les surtensions.Au moyen de la profondeur du dépouillage au tour ou de la hauteur du bord saillant du disque, on peut commander l'évacuation thermique de telle manière que les charges exigées en courant alternatif et les charge exigées dues à des surintensitéspuissent être mises en oeuvre sans modification du comportement de réponse du dispositif de protection contre les surtensions, mais que le mécanisme de court-circuit agisse également dans le cas d'une contrainte en courant alternatif faible et de longue durée. La caractéristique du court-circuit peut être située, à la distance nécessaire de sécurité, au-dessous de la courbe caractéristique de destruction. Afin de réduire la surtension de réponse, on dispose de préférence sur le corps isolant du dispositif de protection contre les surtensions, une ou plusieurs bandes en matériau électriquement conducteur, à savoir ce qu'on appelle des bandes d'amorçage. Par suite de la constitution des électrodes avec un disque métallique faisant saillie au-dessus du bord des électrodes, on obtient un espace en retrait fournissant un faible amortissement, de sorte que également après unecharge du dispositif de protection contre les surtensions, la bonne isolation nécessaire des électrodes l'une vis-à-vis de l'autre reste conservée. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés plusieurs formes de réalisation de l'objet de l'invention. Sur les figures les parties correspondantes sont désignées par les mêmes chiffres de référence. La figure 1 représente une coupe d'un dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention. La figure 2 représente une coupe d'un exemple de réalisation préféré d'une électrode du dispositif de protection contre les surtensions. La figure 3 représente une coupe d'un autre exemple de réalisation d'une électrode. Le dispositif de protection contre des surtensions représenté sur la figure 1 est ce qu'on appelle un dispositifbouton de protection contre les surtensions ou de dérivation des surtensions et est constitué essentiellement par deux électrodes 6 et 7 étagées en forme de troncs de cône, qui sont insérés de façon étanche au gaz dans les extrémités d'un corps isolant 4 tubulaire constitué en céramique dans cet exemple de réalisation. La liaison étanche au gaz du corps isolant 4 avec les électrodes 6, 7 s'effectue par l'intermédiaire d'un raccord en verre ou bien par l'intermédiaire d'une couche de métal d'apport de brasage fort.Les raccords métalliques com pacts 8 et 9, qui sont soudés aux parois extérieures des électrodes, dans leur partie rétrécie, assurent une bonne évacuation thermique de la puissance dissipée apparaissant le cas échéant, et accroissent par conséquent la capacité de charge du dispositif de protection contre les surtensions à décharge dans un gaz. L'étagement dans les électrodes 6, 7 sert au guidage mécanique des raccords métalliques 8, 9 constitués par exemple en fer. Comme raccords métalliques, on peut cependant utiliser également des tiges de fer cuivrées. Les électrodes 6, 7 sont munies, sur leurs surfaces tournées réciproquement l'une vers l'autre, chacune d'un disque métallique massif 1 qui possède un diamètre supérieur à celui de la surface reliée aux électrodes 6, 7, de sorte que se trou-e formé un espace arrière ou en re- trait 10 fournissant un faible amortissement, dans l'espace intérieur du dispositif de protection contre les surtensions. Cet espace arrière 10 fournissant un faible amortissement est surtout particulièrement important lorsque, pour réduire la surtension impulsionnelle de réponse du dispositif de protection contre les surtensions, une ou plusieurs bandes constituées en un matériau électriquement eonducteur, par exemple du graphite, à savoir ce qu'on appelle des bandes d'amorçage 5,sont disposées sur la paroi intérieure du corps isolant 4. De ce fait, même dans le cas d'un écartement éventuellement possible du disque métallique 1, une protection sûre de l'espace arrière 10 du dispositif de protection contre les surtensions est garantie de sorte que dans le cas d'un tel dispositif comportant une bande d'amorçage 5, il subsiste toujours une voie suffisante d'isolement résiduelle entre les électrodes 6 et 7.Les deux disques métalliques 1, qui sont représentés en étant réunis par fusion dans cet exemple de réalisation, comportent sur leurs surfaces actives un gaufrage 3 dans lequel est ancrée une couche 2 possédant une forte émissivité thermo-électronique. La cou che 2 est constituée par exemple par un mélange d'un halogénure alcalin, d'un hydrure de titane, et d'une poudre d'un alliage de baryum et d'aluminium. La couche 2 sert en particulier à réduire la tension de réponse du dispositif de protection contre les surtensions.Les dispositifs de protection contre les surtensions comportant de telles couches d'activation connues en soi se caractérisent également par un faible passage de l'arc électrique, de sorte que dans le cas de décharges à courant intense, l'énergie de perte dans le dispositif de protection contre les surtensions à décharge dans un gaz reste faible. L'élertrode représentée sur la figure 2 présente l'avantage essentiel consistant en ce qu elle peut être fabriquée au tour à partir d'une pièce métallique d'un seul tenant. Le disque métallique massif 1, par exemple l'électrode 6, comportant un boulon de raccordement 8, est fabriqué par une opération de dépouille au tour de la surface active de l'électrode. Le gaufrage 3 lui-même, dans lequel est ancrée la couche 2 d'activation de 1 électrode, peut être usiné simultanément lors du processus d'usinage au tour, sous la forme de gorges concentriques dans la pièce métallique. Comme matériau pour la pièce mé métallique il faut choisir un matériau qui possède un coefficient de dilatation adapté au matériau du corps isolant.Un alliage de cobalt-fer-nickel est par exemple approprié. Dans le cas de l'électrode représentée sur la figure 3, le boulon de raccordement 8 et le disque métallique massif 1 sont également constitués par une pièce métallique. Le disque métallique est fabriqué au moyen d'une opération de dépouille au tour de la surface active de l'électrode. De même le gaufrage 3, dans lequel est ancrée la couche active d'activation 2, peut être réalisé simultanément par usinage au tour. La différence avec l'électrode représentée sur la figure 2 réside dans le fait que la partie 6 de l'électrode, qui est réalisée sous la forme d'un disque annulaire, est soudée en tant que pièce individuelle au boulon de raccordement 8. Cet exemple de réalisation présente l'avantage que l'on peut utiliser, comme matériau pour l'électrode, par exemple du fer bon marché, tandis que ce n'est que pour la partie 6 de l'électrode (disque annulaire) qu'il faut utiliser un alliage métallique relativement onéreux possédant un coefficient de dilatation adapté au matériau isolant. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation représenté. En particulier l'invention peut être réalisée également pour d'autres formes de dispositifs de protection contre les surtensions que dans ce qu'on appelle des dispositifs-boutons de protection contre des surtensions, et par exemple également dans des dispositifs de protection contre des surtensions à deux voies de décharge. REVENDICATIONS 1) Dispositif de protection contre les surtensions comportant une enceinte remplie de gaz et dans laquelle, à l'intérieur d'un corps isolant tubulaire, se trouvent disposées à une certaine distance réciproque et en vis-à-vis des électrodes dont l'une au moins est munie d'une surface, tournée vers l'autre électrode et comportant une plaquette métallique qui, dans le cas d'une surcharge du dispositif de protection contre les surtensions, établit une liaison galvanique avec l'électrode disposée en vis-à-vis et qui possède un diamètre supérieur à celui de sa surface réliée à l'électrode, caractérisé par le fait que la plaquette métallique (1) est réalisée sous la forme d'un disque compact sur la surface active duquel est disposée une couche (2) connue en soi, constituée par une masse possédant une forte émissivité thermo-électronique et qui est ancrée dans des renfoncements (3) de ladite surface. 2) Dispositif de protection contre les surtensions suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps isolant tubulaire (4) est muni d'au moins une bande constituée en un matériau électriquement conducteur servant de bande d'amorçage (5) et qui s'détend au moins au-dessus d'une partie de la paroi interne du corps isolant (4). 3) Dispositif de protection contre les surtensions suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les électrodes (6, 7) sont massives et de forme cylindrique et que la plaquette métallique (1) est formée au niveau de la surface par une opération de dépouille au tour des électrodes (6, 7) 4) Dispositif de protection contre les surtensions suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les électrodes(6, 7) sont soudées par des disques annulaires métalliques respectifs qui possèdent, en vue de leur liaison au corps isolant (4), un coefficient de dilatation adapté au matériau de ce corps. 5) Dispositif de protection contre les surtensions suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les électrodes (6, 7) en forme de troncs de cône enserrent et guidez les raccords métalliques (8, 9) et sont reliés entre eux par un bi sage fort.