Brevet FR2459547A1 — publié le 19810109

La présente invention concerne les parafoudres à décharge dans un gaz destinés à proteger les circuits et installations électriques contre les eEfets nocifs de la foudre. Elle concerne plus particulièrement les parafoudres à enveloppe tubulaire et électrodes axiales destinés à protéger les circuits de centraux téléphoniques des atteintes de la foudre et notamment ceux de type miniature, destinés à équiper les têtes de câbles de centres de commutation. Dans l'application précédente il est exigé qu'un parafoudre ne crée pas de pertes dans le régime normal de fonctionnement d'une ligne et au contraire qutil présente au-dessus d'un seuil de tension de fonctionnement prédéterminé une résistance faible de manière à écouler les surcharges électriques, Des règles de sécurité imposent parfois qu'ils ne doivent ni pouvoir s'enflammer, ni comporter dans leur enceinte de substances de préionisation du gaz, telles que les radio-éléments naturels ou artificiels. D'autre part, un parafoudre doit également pouvoir se mettre en courtcircuit franc lorsqu'il n'est plus en état de remplir sa fonction, par exemple par une mise en court-circuit de ses électrodes à l'intérieur de son enveloppe. Généralement la distance interélectrode est choisie en fonction de la nature et de la pression d'un mélange gazeux remplissant son enceinte ainsi que de la tension d'amorçage. La pression du mélange est prévue normalement inférieure à la pression atmosphérique externe. Le parafoudres à décharge assure la protection en derivant à la terre instantanément les surtensions dangereuses qui atteignent les circuits sur lesquels il est monté . Cette protection est réalisée des que la tension appliquée est supérieure à sa tension d'amorçage, un arc ou une effluve électrique s'établissant alors à l'intérieur de son enceinte entre les surfaces des électrodes qui sont situées face à face. Dans les parafoudres de forme allongée, par exemple à enveloppe tubulaire, ces surfaces sont généralement perpendiculaires au sens axial de l'enveloppe, Elles sont limitées par les dimensions extérieures du parafoudre imposes au fabricant par les utilisateurs. Un but de la présente invention est d'accroître les surfaces d'amorçage à l'intérieur de l'enceinte de manière à favoriser l'amorçage d'un arc ou d'une effluve, sans qu'on ait besoin d'augmenter la dimension du parafoudre dans le sens perpendiculaire à son sens axial, c'est-à-dire dans le cas du parafoudre tubulaire, d'augmenter son diametre. Dans ce but, il est proposé que la surface interne de la paroi longitudinale d'une enveloppe du parafoudre du type allongé soit utilisée comme une surface d'amorçage supplémentaire à l'intérieur du parafoudre.Cette surface interne devient une surface d'amorçage en prévoyant dans l'enceinte un intervalle annulaire, entre cette surface interne et le pourtour du bout de l'une des électrodes pénétrant dans l'enceinte à gaz, qui est égal en valeur à celui prévu entre la surface d'amorçage de la partie frontale du bout de cette électrode et la surface d'amorçage frontale de l'autre électrode et qui sont face à face dans l'enceinte. I1 ressort de la construction proposée un autre avantage important. Quand le parafoudre fonctionne en position horizontale, et si une surchauffe se produit entraînant une déformation de l'enveloppe, un court-circuit s'établira très rapidement entre la paroi de l'enveloppe et le bout de l'électrode pénétrant dans l'enceinte à gaz parce que ceux-ci sont beaucoup plus rapprochés que dans le passé. On sait que l'amorçage électrique entre les surfaces frontales des deux électrodes peut être facilité si la surface d'au moins l'une des électrodes est recouverte d'une substance d'amorçage électrique capable par echauffement d'ioniser un gaz neutre remplissant l'enceinte. Généralement la substance est logée dans une cavité de cette électrode. I1 est indispensable que le processus de fabrication suivant le remplissage de la cavité ne modifie pas cette composition, par exemple par un échauffement excessif dû aux opérations de soudure reliant les différentes pièces formant le parafoudre à gaz. Dans des parafoudres à gaz antérieurs la substance en question était introduite dans un logement d'une électrode difficilement accessible à cause de l'enveloppe cylindrique qui l'entoure qui est étroite, ce qui rend également malaisé le contrôle visuei de l'opération de la mise en place de la substance d'amorçage. Pour remédier aux inconvénients précédents, la présente invention préconise un procédé de fabrication d'un parafoudre à gaz où cette mise en place peut être mieux contrôlée qu'antérieurement et où les opérations de fermeture de l'enveloppe du parafoudre sont effectuées dans des conditions telles qu'elles ne portent pas atteinte aux propriétés d'ionisation de la substance d'amorçage. L'invention concerne un parafoudre à décharge dans un gaz constitué par une enveloppe métallique tubulaire étanche remplie par au moins un gaz neutre, deux tiges de sortie axiales, deux électrodes qui se présentent face à face à l'intérieur de l'enveloppe et dont la premiere est en contact avec une substance favorisant l'amorçage d'un arc ou d'une effluve électrique et la seconde comporte un embout cylindrique coaxial à l'enveloppe, caractérise en ce que la premiere électrode est formée par une embase comportant une tige de sortie axiale, un tronc cylindrique, connexe à cette tige, prolongé par une partie cylindrique de diamètre plus faible de manière à constituer un épaulement circulaire à surface perpendiculaire à l'axe du tronc, l'épaulement étant soudé à l'enveloppe tubulaire, et la partie cylindrique comportant une cavité cylindrique axiale dans laquelle est comprimée une pastille composée de ladite substance d'amorçage. Selon une autre caractéristique de l'invention le parafoudre comporte un intervalle annulaire entre le pourtour dudit embout cylindrique et la surface interne cylindrique de la paroi de l'enveloppe tubulaire qui est pratiquement égal à l'intervalle entre la surface frontale de l'embout et la surface apparente de la pastille logée dans l'embase. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un parafoudre à décharge dans un gaz du genre de ceux constitués par une enveloppe métallique tubulaire étanche remplie par au moins un gaz neutre, deux tiges de sortie axiales, deux électrodes qui se présentent face à face à l'intérieur de l'enveloppe et dont la première est en contact avec une substance favorisant l'amorçage d'un arc ou d'une effluve électrique et la seconde comporte un embout cylindrique coaxial à l'enveloppe, procédé dans lequel : on scelle une bague de verre à la paroi interne d'une extremité ouverte de l'enveloppe vide et à une tubulure traversant le passage central de la bague, procédé caractérisé en ce que l'on réalise une électrode ayant la forme d'une tige cylindrique pourvue axialement d'un embout cylindrique massif de diametre supérieur à celui de la tige et à surface frontale perpendiculaire à son axe ; on introduit la. tige à travers la tubulure et on la brase à mi-longueur à celle-ci, et de façon à la rendre étanche ; on réalise l'autre électrode sous forme d'une embase comportant une tige axiale, un tronc cylindrique, connexe à la tige axiale, et prolongé d'une partie cylindrique de diamètre plus faible, de manière à constituer un épaulement circulaire à surface lisse perpendiculaire à l'axe du tronc, cette partie comportant une cavité cylindrique axiale ; on comprime dans cette cavité une pastille composée d'une substance d'amorçage d'un arc ; on réalise finalement la fermeture de l'enveloppe dans un gaz ou mélange de gaz neutres en serrant un bord frontal circulaire de l'extrémité ouverte de l'enveloppe contre l'épaulement circulaire de l'embase et en appliquant des décharges électriques de brève durée et de forte intensité par l'intermédiaire de contacts électriques connectés d'une part extérieurement à la paroi près de l'extrémité ouverte et d'autre part à l'embase, de façon à souder électriquement l'enveloppe à l'embase. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure unique représente les phases principales du procédé de fabrication d'un parafoudre à gaz selon l'invention. On réalise d'abord une enveloppe 10 cylindrique en métal ferreux, A la paroi d'un bout Il de l'enveloppe 10 est ensuite scellée une bague 12 isolante qui est de préférence une perle de verre. Une tubulure 13 cylindrique métallique est d'autre part introduite dans le passage central de la bague 12 et la bague est également scellée à cette tubulure 13 de façon à rendre étanche le passage central. Le scellement de la perle de verre est de préférence réalisé par la technique connue de compression du verre. On réalise ensuite une tige 14 cylindrique ayant un diamètre voisin de celui de la tubulure 13 et se terminant axialement par un embout 15 cylindrique massif. Le diamètre de l'embout est prévu supérieur à celui de la tige 14 et inférieur au diamètre interne de l'enveloppe 10. Son extrémité se termine par une surface 15a frontale plate, perpendiculaire au sens axial. La tige 14 est ensuite introduite à travers la tubulure 13 de manière à en ressortir à peu près à mi-chemin de sa longueur. Elle est ensuite brasée à celle-ci de façon que le passage dans la tubulure soit rendu étanche. L'embout 15 constitue alors l'une des deux électrodes du parafoudre et la tige 14 l'une des deux tiges de connexion extérieures de celui-ci. La seconde tige de connexion est formée par une tige 17 cylindrique d'une embase 16 cylindrique réalisée par décolletage d'une masse ferreuse. Cette embase comprend en outre un tronc 16a cylindrique connexe à la tige et qui est prolongé axialement par une partie 20 cylindrique dont le diamètre extérieur a été choisi plus petit que celui du tronc de manière à pouvoir réaliser un épaulement 18 à surface perpendiculaire à l'axe de symétrie commun à la tige 17, au tronc 16a, et à la partie 20 cylindrique. La partie 16a cylindrique comporte en outre une cavité 21 axiale également cylindrique. On comprime dans cette cavité 21 une pastille 22 composée d'un matériau à fort pouvoir émissif, non radioactif, et qui sert à faciliter, comme cela est connu, l'amorçage d'un arc ou d'une effluve électrique entre les deux électrodes du parafoudre. Une composition préférée de la pastille 22 est réalisée par un frittage d'une substance en poudre à base de carbonate triple et de nickel, et d'un liant. La taille de la pastille est celle de la cavité 21, de sorte qu'elle arrive par sa face extérieure au niveau d'un bord 23 circulaire plat de la partie 20 cylindrique. Lorsque l'enveloppe 10 a été assemblée, comme il a été décrit précé demment, avec la bague 12 isolante et la tubulure 13, un bord frontal 19a de son extrémité 19 ouverte est ensuite mise en appui contre la surface circulaire de l'épaulement 18. Les deux pièces 10 et 16 étant ainsi pressées l'une contre l'autre, l'épaulement 18 est soudé électriquement au bord frontal 19a de l'enve- loppe 10 pour fermer le parafoudre. Cette soudure est opérée en appliquant aux deux pièces 10 et 16 une intensité électrique de très faible durée et d'une puissance de crête élevée convenable, par l'intermédiaire d'une part de contacts électriques (non représentés) qui enserrent le pourtour de l'enveloppe 10 à son extrémité 19, et d'autre part, de contacts électriques (non représentés) connectés à l'embase 16 ou à la tige 17. A la place d'une soudure électrique on peut également réaliser, en variante du procédé selon l'invention, une soudure par apport d'un métal ou d'un alliage de métaux. Dans cette variante, il est prévu que la soudure du bord frontal 19a de l'enveloppe à l'épaulement 18 circulaire de l'embase 16 s'opère au moyen d'un anneau de soudure (non représenté) que l'on intercale d'abord, entre le bord 19a et l'épaulement 18 puis que l'on chauffe dans une spire H.F à une température suffisante pour la fondre et réaliser un joint soudé au bord 19a et à l'épaulement 18. Dans ce cas, il est préférable que le métal ou l'alliage de soudure aient une température de fusion relativement basse de manière à limiter l'échauffement de l'embase 16 pour ne pas détériorer le matériau d'amorçage garnissant la cavité 21. L'opération précitée de soudure électrique ou de soudure par apport de métal ou alliage de métal est effectuée dans une atmosphère de gaz choisie de manière que l'enveloppe fermée du parafoudre contienne une atmosphère de gaz contrôlée. Cette atmosphère est de préférence réalisée avec de l'argon pur ou un mélange d'argon avec un autre gaz neutre. Après cette opération, la surface apparente de la pastille 22 et le bord circulaire 23 doivent être séparés de la face frontale 15a de l'embout 15, par un intervalle bien défini ; dans le cas présent, on préfère qu'il soit voisin de 0,5 mn. Cet intervalle et la composition en gaz de l'enceinte, déterminent principalement comme il est connu, les caractéristiques d'amor çage électrique du parafoudre. D'autre part, on préconise un intervalle, entre le pourtour cylindrique de l'embout 15 et la paroi interne de l'enveloppe 10, qui soit également très faible, par exemple égale à 0,5 mn. De cette façon l'intervalle est exactement égal à celui entre la face 15a frontale de l'embout 15 et la ainsi pastille 22, ou le bord 23. On a donc1 augmenté les surfaces favorables à l'amorçage électrique dans un gaz ionisé car l'enveloppe 10 est mécaniquement et électriquement reliée par la soudure à l'embase 16. Ce faible intervalle est également avantageux pour mettre très rapidement en court-circuit le parafoudre quand il subit une surcharge élevée, et notamment quand il fonctionne dans une position horizontale. La surcharge produira alors un échauffement qui déformera le parafoudre et l'embout 15 touchera rapidement la paroi à l'intérieur de l'enveloppe 10. REVENDICATIONS 1. Parafoudre à décharge dans un gaz constitué par une enveloppe métal lique tubulaire étanche remplie par au moins un gaz neutre, deux tiges de sortie axiales, deux électrodes qui se présentent face à face à l'intérieur de l'enveloppe et dont la premiere est en contact avec une substance favorisant l'amorçage d'un arc ou d'une effluve électrique et la seconde comporte un embout cylindrique coaxial à l'enveloppe, caractérisé en ce que la première électrode est formée par une embase comportant : une tige de sortie axiale, un tronc cylindrique, connexe à cette tige, prolongé par une partie cylindrique de diamètre plus faible de manière à constituer un épaulement circulaire à surface perpendiculaire à l'axe du tronc, l'épaulement étant soudé à l'enveloppe tubulaire, et la partie cylindrique comportant une cavité cylindrique axiale dans laquelle est comprimée une pastille composée de ladite substance d'amorçage. 2. Parafoudre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un intervalle annulaire entre le pourtour dudit embout cylindrique et la surface interne cylindrique de la paroi de l'enveloppe tubulaire qui est pratiquement égal à l'intervalle entre la surface frontale de l'embout et la surface apparente de la pastille logée dans l'embase. 3. Procédé de fabrication d'un parafoudre à décharge dans un gaz du genre de ceux constitués par une enveloppe métallique tubulaire étanche remplie par au moins un gaz neutre, deux tiges de sortie axiales, deux électrodes qui se présentent face à face à l'intérieur de l'enveloppe et dont la première est en contact avec une substance favorisant l'amorçage d'un arc ou d'une effluve électrique et la seconde comporte un embout cylindrique coaxial à l'enveloppe, procédé dans lequel : on scelle une bague de verre à la paroi interne d'une extrémité ouverte de l'enveloppe vide et à une tubulure traversant le passage central de la bague, procédé caractérisé en ce que l'on réalise une électrode ayant la forme d'une tige cylindrique pourvue axialement d'un embout cylindrique massif de diamètre supérieur à celui de la tige et à surface frontale perpendiculaire à son axe ; on introduit la tige à travers la tubulure et on la brase à mi-longueur à celle-ci, et de façon à la rendre étanche ; on réalise l'autre électrode sous forme d'une embase comportant une tige axiale, un tronc cylindrique, connexe à la tige axiale, et prolongé d'une partie cylindrique de diamètre plus faible, de manière à constituer un épaulement circulaire à surface lisse perpendiculaire à l'axe du tronc, cette partie comportant une cavité cylindrique axiale ; on comprime dans cette cavité une pastille composée d'une substance d'amorçage d'un arc ; on réalise finalement la fermeture de l'enveloppe dans un gaz ou mélange de gaz neutres en serrant un bord frontal circulaire de l'extrémité ouverte de l'enveloppe contre l'épaulement circulaire de l'embase et en appliquant des décharges électriques de brève durée et de forte intensité par l'intermédiaire de contacts électriques connectés d'une part extérieurement à la paroi près de l'extrémité ouverte et d'autre part à embase, de façon à souder électriquement l'enveloppe à l'embase. 4. Procédé de fabrication d'un parafoudre selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on réalise la soudure du bord frontal de l'enveloppe à ltepaulement circulaire de l'embase au moyen d'un anneau de soudure intercalé entre le bord frontal et l'épaulement et en chauffant ceux-ci dans une spire de chauffage haute fréquence. 5. Procédé de fabrication d'un parafoudre selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il est prévu un intervalle annulaire entre le pourtour dudit embout cylindrique et la surface interne de la paroi de l'enveloppe qui est pratiquement égal à l'intervalle entre la surface frontale de l'embout et la surface apparente de la pastille comprimée dans la cavité de l'embase.