Brevet FR2398400A1 — publié le 19790216

L'invention est relative a un parafoudre comportant au moins un bloc qui présente un élément d'éclateur branché en série avec une résistance de décharge constituée d'un matériau seni-conductaur dont la conductibilité est fonctio de la tension par une puissance minimale 10. Par le brevet suisse nO 570.719 on connaît un tel parafoudre composé d'éclateurs montés en série et de résistances de décharge dépendantes de la tension. On obtient la tension d'une résistance dépendante de la tension par la formule suivante qui relie entre elles les caractéristiques générales de courant et de tension I = k x Dans cette formule k et Dt sont des constantes, ( correspondant à la ca ractéristique exponentielle de la tension. Les résistances de décharge du para foudre mentionnées ci-dessus sont constituées dtun matériau renfermant de l'ox; de zinc dont la conductibilité dépend d'une puissance minimale de 10 de la te: sion.Ce dispositif connu présente l'avantage d'avoir des résistances de déchu ge qui, en fonctionnement normal, ne doivent pas nécessairement conduira le courant ce qui augmente considérablement leur durée de vie à savoir qu'avec un montage en série d'éclateurs et de résistancés de décharge pratiquement tou la tension de service est appliquée aux éclateurs. C'est ainsi que le nombra d'éclateurs nécessaire est déterminé par la tension de service et que pour une tension donnée on ne peut pas réduire ce nombre ou seulement en prenant des mesures complémentaires et particulières, De plus, les éclateurs doivent etre réalisés de telle sorte qu'ils possèdent un important champ électrostatique uniforme. Le nombre d'éclateurs nécessaire du fait de la tension de service donnée et de leur forme spéciale entraient une augmentation peu souhaitée des frais de construction. On connaît: aussi par le brevet suisse nO 585.468 un parafoudre, dans lequel deux résistances dépendantes de la tension selon diverses caractéristique exponentielle sont branchées en parallèle aux bornes d'un montage en serie d'éclateurs et de résistances dépendantes de la tension ou encore en parallèle aux bornes des seuls éclateurs. Ce dispositif permet de résoudre les problèmes de répartition de tension qui apparaissent quand le parafoudre est soumis a de poussières extérieures. Cependant, ce parafoudre présente les mêmes inconvénients que le para fou- dre d'après le brevet suisse nO 570.719, puisque le nombre dléclateurs nécessaires est également déterminé par la tension de service. L'inventíon a pour Dut d'éliminer les inconvénients indiqués précédet::rnt Elle se propose de fabriquer un parafoudre du type offrant une sécurité de fonctionnement et des avantages sur le plan économique et pour lequel il est possible de diminuer le nombre d'éclateurs nécessaires par rapport aux dispo sitifs connus. L1 invention a pour objet un parafoudre comportant au moins un bloc qui présente un éliment d'éclateurs branchés an série avec un élément de résistances de décharge constitué d'un matériau semi-conducteur dont la conductibilité dépend de la tension avec une caractéristique exponentielle minimale de 10, caractérisé par le fait ou'un premier élément de résistance linéaire ou dépendant de la tension est branché en parallèle avec l'élément éclateur et qu'un deuxième élément de résistances linéaires ou dépendant de la tension est branché en parallèle à l'élément de résistance c;e décharge, et les deux éléments de résistance dépendant de la tension possèdent une caractéristique exponentielle comprise entre i et 7. La solution proposée par l'invention permet de réduire à un minimum le nombre d'éclateurs nécessaires, ce qui entratne la réduction souhaitée du retard à l'amorçage du parafoudre, Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description. Par la suite, on explique en détails des exemples d'exécution à l'aida d'un mode de réalisation donné, ci-après, à titre d'exemple et illustré dans les figures. La figure 1 représenta le schéma de principe d'un parafoudre selon llinven- tion. La figure 2 représente la coupe longitudinale du parafoudre. La figure 3 représente le schéma de montage du parafoudre selon la figure 2. La figure l représente schématiquement un parafoudre constitué d'un élément qui est branché entre un conducteur 1 sous tension et la terre E et qui présente le montage en série d'un éclateur 2 et un système de résistances de décharge 3 dépendante de la tension. L'éclateur 2 peut être un éclateur simple ou multiple. La résistance de décharge 3 est formée d'une résistance de décharge 4 dépendante de la tension et réalisée dans un matériau comportant un oxyde métallique et de préférence de l'oxyde de zinc. Ce matériau est tel que la caractéristique expo nantielle c de la formule I = k x U&alpha; est supérieure à 10. Un premier système de résistances 5 dépendant de la tension est branché en parallèle avec l'éclateur 2, tandis qu'un deuxième système de résistance 6 dépendant de la tension est branché en parallèle avec la résistance 3. Ces deux systèmes de résistances 5, 6 sont représentés par une seule résistance. Mais, ils pourraient salement présenter une caractéristique linéaire au lieu d'une caractéristique dépendante de la tension. Ces deux systèmes de résistances 5, 6 possèdent une mSne caractéristicue ex ponentiel1= On considère corse semDlavies deux caractéristiques dont les va riaticns ne dépassent pas la domaine de tolérance autorisée par les normes de fabrication. La caractéristique cR des deux systèmes de résistance 5, 6 a une valeur qui varie entre 1 pour la valeur linéaire et environ 7. Les résistances des systèmes 5, 6 sont par exemple en carbure de silicium. D'autre part, le système de résistance 5 a une valeur RI qui va de 0,1 à 1 fois la valeur R2 du système 6, c'est-à-dire 0,1 R2 L R1 e R2, La résistance de décharge 3 et le système de résistances 6 sont calculés de telle sorte que, lorsqu'une tension nominale Un est appliquée au parafoudre, on ait la relation suivante entre la valeur RA du système résistances de décharge 3 et la valeur R2 du deuxième système de résistances 6 RA E lO.R2 qu'en présence d'une surtension de 2.Un, par exemple, on ait la relation RA R2 Par cette disposition des systèmes de résistances 4, 5, 6 et par le choix de leurs valeurs citées plus haut, on obtient en service nominal, qutenviron 50 à 90 5 de la tension nominale totale Un soit appliquée à la résistance de décharge 3 et qu'environ 50 ... 10 % de Un soit appliqué à éclateur 2.Si la tension appliquée au parafoudre s'accroît, c'est-8-dire, en cas de surtensions, le système de résistances de décharge 3 prend rapidement une valeur ohmique faible, ce qui modifie la répartition de la tension sur le parafoudre de telle sorte que la tension appliquée à l'éclateur augmente rapidement. l'éclateur 2 amorce et presque toute la tension est alors appliquée au système de résistances de décharge 3. Après disparition de la surtension, la répartition deia tension se rétablit de nouveau suivant le régime nominal. L'éclateur 2 ne doit éteindre que des courants bien inférieurs à 1 ampère. La figure 2 représenta en coupe longitudinale la forme d'exécution d'un parafoudre composé d'un élément d'après l'invention. La figure 3 montra le schéma de montage de ce parafoudre. Sur ces figures 2 et 3 on utilise pour les mê- mes parties les mêmes chiffres de référence que sur la figure 1. Dans ces figures, l'élément de parafoudre présente également le montage en série d'un éclateur 2 et d'une résistance de décharge 3 dépendante de la tension. L'éclateur 2 est constitué de deux éclateurs plaques-pointes 2a, 2b, euxmimes constitués d'éléments 7 empilés les-uns sur les autres. L'élément de résistance 3 est formé de plusieurs résistances de décharge 4 avec une caractéristique dépendante de la tension. Ces résistances de décharge 4 sont convia la re- sistance 4 de la figure 1, formées dtune matière comportant de l'oxyde métallique de préférence de l'oxyde de zinc qui dépend de la tension avec une caractéristique exponentielle supérieure à 10. En parallèle avec l'éclateur 2 on a branché un premier système de résistances 5' dépendant de la tension ou linéaires qui est formé de deux résistan ces 5a, 5b branchées en série. Chacune de ces résistances 5a, Sb est branchée parallèlenent à un éclateur respectif 2a ou 2b qu'elle entoure. En parallèle avec la résistance de décharge 3 est branché un deuxième système de résistances 6 linéaires ou dépendant de la tension, constitué de plusieurs résistances 8 branchées en série. Les résistances 8 entourent les résistances de décharge 4 et sont branchées en parallèle avec celles-ci. Les résistances 5a, 5b du premier système de résistances S et les résistances 8 du deuxième système de résistances 6 dépendent de la tension avec la même caractéristique exponentielle dans les limites d'un domaine de tolérance, comme cela a déjà été expliqué pour la figure 1. Cette caractéristique varie entre 1 pour les résistances linéaires et environ 7. Les résistances dépendantes de la tension 5a, 5b et 8 sont constituées, par exemple, de carbure de silicium. Les valeurs des résistances 5a, 5b et 8 sont évaluées de telle sorte que la valeur totale Rl du premier système de résistances 5 et la valeur totale R2 du deuxième système de résistances 6 répondent à la relation 0,1 R2 L R1 ' R2, déjà indiquée pour la figure 1. De plus, les résistances de décharge 4 et les résistances 8 sont choisies de telle sorte que, comme on le voit d'après la figure 1, la valeur totale RA du système de résistances de décharge 3 et la valeur totale R2 du deuxième système de résistances 6 répondent aux relations suivantes Pour la tension nominale Un : RA E lO.R2 Pour une sur tension, par exemple : U = 2 Un RA 6 R2 Ceci conduit aux avantages déjà indiqués lors de l'examen de la figure 1. Les éléments 2, 3, 5 et 6 de la partie active 2, 3 > 5 et 6 du parafoudre, sont placés dans une enveloppe constituée d'un isolant cylindrique creux 9 et d'une armature de tête 10 et de pied ll fixée à celui-ci de façon étancha. La partie active est comprimée par un ressort 12. L'intérieur de l'enveloppe est rermé en bas par une membrane de décharge de la pression 13, tandis que llarms- ture de pied il comporte une ouverture d'échappement 14. Le montage du parafoudre décrit dans l'invention permet d'obtenir un rapport Si réduit entre la tension résiduelle et la tension nominale qu'on a seulement besoin d'un minimum d'éclateurs branchés en série. En cas de surtension, ceci diminue le retard de l'amorçage, notamment avec des tensiors à front raide, par rapport aux parafoudres connus qui nécessitent plus d'éclateurs branchés en série pour une tension de service donnée. L'invention présente un autre avanXaCe : ie courant de décharge des capacités de fuite passant par la résistance de décharge 3 est Si petit qutil nlame- ne aucune surcharge nuisible de la résistance de décharge 3, notaient pour les grandes constructions. Le parafoudre de l'invention présente une sécurité de fonctionnement même s'il est soumis à des poussières extérieures Contrairement au parafoudre décrit dans le brevet suisse n 570.719, qui nécessite des éclateurs spéciaux avec un champ électrostatique uniforme impor- tant, on n'a pas besoin d'avoir des éclateurs particuliers pour le parafoudre de l'invention. Plusieurs des éléments de parafoudre représentes sur les figures 1, 3 peuvent être branchés en série suivant les besoins. Il est évident que l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation qui vient d'strie décrit et représenté et qui n'a éé donné qu'à titre d'exemple 9 en particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention r.odi- fier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents, ou encore remplacer certains éléments par d'autres susceptibles d'assurer la même fonction technique ou une fonction technique équivalente. C'est ainsi qu'en utilisant des résistances linéaires ( FVEI CATi0S 1) Parafoudre comportant au moins un bloc qui présente un élément d'éclateurs branchés en série avec un élément de résistances de décharge constitué d'un matériau semi-connucteur dont la conductibilité dépend de la tension avec une caractéristique exponentielle minimale de B0, caractérisé par le fait qu'un premier élément de résistance (5) linéaire ou dépendant de la tension est branché en parallèle avec l'élément éclateur (2) et qu'un deuxième élément de résistances (6) linéaires ou dépendant de la tension (6) est branché en parallèle à l'élément de résistance de décharge (3), et les deux éléments de résistance (53 6) dépendant de la tension possèdent une caractéristique exponentielle comprise entre 1 et 7. 2) Parafoudre selon la revendication t, caractérisé par le fait que l'élément éclateur (2) est un éclateur simple ou multiple. 3) Parafoudre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de résistances (3) est composé d'une ou de plusieurs résistances (4) dépendantes de la tension, formées d'une matière qui contient un oxyde métallique. 4) Paratoudre selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la matière pour la résistance contient de l'oxyda de zinc. 5) Parafoudre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier et le deuxième éléments de résistances (5, 6) sont composés d'une ou de plusieurs résistances (5a, 5b, 8) linéaires ou dépendantes de la tension. 6) Parafoudre selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les résistances (5a, 5b, 8) du premier et du deuxième éléments de résistances (5, 6) sont formées d'une matière qui contient du carbure de silicium. 7) Parafoudre selon l'une des revendications l et 5, caractérisé par la fait que la valeur est comprise entre 0,1 et l fois de la deuxième résistance (6). 8) Parafoudre selon l'une des revendications 1, 3 et 5, caractérisé par le fait qu'en régime nominal la valeur de la résistance de charge (3) est au moins égale à 10 fois la valeur du deuxième élément de résistances (6). 9) Parafoudre selon ltune des revendications 1, 3 et 5, caractérisé par le fait qu'en cas de surtension la valeur de la résistance de charge (3) devient très inférieure à la valeur du deuxième élément de résistance (6).