Brevet FR2466854A1 — publié le 19810410

La présente invention a trait à la réalisation d'un parafoudre à gaz destiné notamment à la protection des circuits électroniques contre les surtensions On sait que les parafoudres à gaz, encore dénommés éclateurs, para-surtensions ou limiteurs de tension, sont par ticulièrement utilisés pour la protection des installations téléphoniques et l'on impose que les parafoudres de ce type, lorsqu'ils permettent l'écoulement d'une quantité d'énergie supérieure à un seuil, se mettent définitivement en courtcircuit pour assurer une protection efficace du circuit à pro téger ; on suppose que lorsque le seuil d'énergie précité est dépassé, la cause de la surtension est grave et durable ce qui nécessite d'établir une voie d'écoulement importante grâ- ce à la mise en court-circuit du parafoudre. Bien entendu, lorsqu'un parafoudre a été ainsi mis en court-circuit, il est nécessaire, pour remettre l'installation en état, de changer ledit parafoudre mais ce remplacement ne représente qu'un inconvénient mineur par rapport à la détérioration, qui serait intervenue si les circuits à protéger avaient subi l'effet de la surtension qui a provoqué la mise en court-circuit dudit parafoudre. Certaines législations prévoient que la mise en courtcircuit d'un parafoudre doit s'effectuer à l'intérieur du parafoudre : ce type de mise en court-circuit a l'avantage de ne donner lieu à aucun phénomène à l'extérieur du parafoudre mais il comporte un gros inconvénient ; en effet, la mise en court-circuit s'effectue par fusion d'une électrode disposée d l'intérieur du parafoudre et, si la surtension est légèrement inférieure au seuil d'énergie provoquant la mise en court-circuit, elle peut provoquer une déformation de ladite électrode à l'intérieur du parafoudre sans que le court-cir- cuit se produise ; dans ce cas, lorsque la surtension a dispa- ru, le parafoudre est extérieurement intact mais est intérieur rement détérioré et il ne correspnnd plus aux normes imposées de sorte qu'il est susceptible, par exemple, de provoquer le passage d'un arc entre ses électrodes pour des tensions considérées comme normales en fonctionnement. On risque donc ainsi d'avoir, dans des installations comportant des parafou dres, des parafoudres hors-normes qui créent des perturbations de fonctionnement importantes mais difficilement repérables. Pour éviter l'inconvénient précité, certaInes ldgis- lations prévoient au contraire d'imposer une mise en court- circuit extérieure des parafoudres ; dans ce cas, la structure interne du parafoudre n'est pas modifiée lors du-passage d'une surtension correspondant à une mise en court-circuit mais, dans les dispositifs connus, cela correspond à une augmentation du volume extérieur occupé par le parafoudre.En effet, les parafoudres de ce type sont constitués d'une enveloppe extérieure en céramique renfermant deux électrodes qui se font vis-à-vis et qui sont reliées à deux contacts extérieurs portés par l'enveloppe de céramique ; ce parafoudre est disposé à l'intérieur d'un bottier et l'un des contacts repose sur.une rondelle métallique fusible reliée électriquement à lune des deux bornes entre lesquelles est inséré le dispositif parafoudre, l'autre borne étant reliée électriquement au deuxième contact porté par l'enveloppe céramique.Si le parafoudre laisse passer une surtension et si énergie dépasse un seuil prédéterminé, la rondelle de métal fusible fond, le métal liquide se répand dans le botter qui est disposé horizontalement et vient établir un court-circuit entre les deux contacts associes aux deux électrodes du parafoudre. Il est clair qu'un tel dispositif est plus volumineux que le parafoudre lui-même puisque le parafoudre doit tAtre enfermé dans un bottier et que, d'autre part, un t-ci disposée tif impose une orientation déterminée pour le parafoudre, afin que le métal fondu puisse dans le bottier venir établir le court-circuit entre les deux contacts du parafoudre. La présente invention a pour but de faire disparattre les inconvénients présentés par les parafoudres à court-circuit extérieur de type connu. -Plus précisément, la présente invention a pour but de décrire un parafoudre à deux électrode dcs comportant une enveloppe extérieure métallique et permet- extérieure tant une mise en court-circuit/sans qu il soit besoin de l'enfermer à l'interieur d'un bottier Les parafoudres à enveloppe extérieure métallique sont bien connus dans l'étant de la technique et on déjà été décrits par exemple dans les demandes de brevet français 77-08189 et 79-06738. Dans un tel parafou dre, l'une des électrodes est constituée par l'enveloppe extérieure métallique, l'autre électrode étant une tige metallique disposée sensiblement selon l'axe de l'enveloppe précitée, l'extrémité de la tige métallique étant en vis-d-vis de l'une des bases de l'enveloppe ; la liaison entre la tige axiale et l'enveloppe est réalisée de façon étanche et électriquement isolante au moyen d'une perle de verre ; l'atmosphère interne du parafoudre comprend un gaz rare sous pression réduite renfermant un matériau destiné à réduire la tension d'amorçage. Selon l'invention, on a prévu de réaliser le court-circuit extérieur au moyen d'un organe élastique fixé sur l'enveloppe métallique du parafoudre cet organe élastique étant maintenu écarté de la partie saillante de la tige qui constitue la deuxième électrode du parafoudre au moyen d'un élémént fusible, qui se liquéfie lorsque l'énergie qu'on écoule par le parafoudre dépasse un seuil prédéterminé.En d'autres termes, si un arc est établi à l'intérieur du parafoudre entre la tige axiale et l'enveloppe extérieure et si l'énergie qui traverse ainsi le parafoudre dépasse un seuil prédéterminé, l'échauffement de l'enveloppe extérieure provoque la fusion de l'élément fusible, ce qui permet à l'organe élastique fixé à l'extérieur de l'enveloppe extérieure de venir en contact avec la partie extérieure de la tige qui constitue la deuxième électrode et de créer ainsi un court-circuit, le courant traversant le parafoudre passant alors de la tige à l'enveloppe extérieure en traversant l'organe élastique, qui, bien entendu, est réalisé en matériau csndueteup, Le dispositif selon l'invention étant un dispositif à court-circuit extérieur évite tous les inconvénients des parafoudres à mise en coutt-circuit intérieur : si l'énergie qui traverse le parafoudre n'est que légèrement inférieure au seuil provoquant la mise en court-circuit, il ne se produit aucune déformation interne des parafoudres-- et la seule déformation qui peut intervenir est une déformation de l'élément fusible qui aura -été porté au voisinage de son point de fusion; mais dans ce cas le parafoudre pourra ultérieurement remplir correctement son rSle, puisque la position relative de la tige asialie à l'intérieur de l'enveloppe métallique n'a pas varié Par ailleurs, le parafoudre selon l'înverflc > n est particulièrement intéressant, étant donné que son encombrement extérieur n'est pratiquement pas supérieur à celui d'un parafoudre à court-circuit intérieur puisqu'il n'est pas nécessaire d'enfermer le parafoudre à l'intérieur d'un bottier, comme c 'était le cas jusqu'à présent pour les parafoudres à court-circuit exextérieur de l'état de la technique. La présente invention a, en conséquence,pour objet un parafoudre, destiné notamment à protéger un circuit électronique contre les effets d'une surtension, ledit parafoudre étant constitué d'une enveloppe extérieure métallique formant une première électrode, qui renferme une tige métallique formant une deuxième électrode, une partie de ladite tige faisant saillie à l'extérieur de l'enveloppe précitée, à laquelle elle est reliée par un isolant, pour définir une enceinte contenant un gaz inerte, caractérisé par le fait que l'enveloppe extérieure porte extérieurement un organe élastique conducteur, qui s'appuie sur un élément-fusible et peut venir par élasticité, quand l'élément fusible est fondu, en contact avec la partie de la deuxième électrode, qui est à l'extérieur de la première. Dans un mode préféré de réalisation, l'organe élastique comporte une bague de fixation serrée sur l'enveloppe extérieure métallique du parafoudre et une lame élastique stap- puyant sur l'élément fusible ; la lame élastique comporte une partie sensiblement paralIèle à l'enveloppe extérieure, dont l'extrémité qui est opposée à la bague de fixation est pliée en équerre en direction de la deuxième électrode. Dans une première variante, l'lement fusible est une pastille disposée entre l'enveloppe extérieure et la lame élastique ; la pastille constituant l'élément fusible est collée sur l'enveloppe extérieure ou sur la lame élastique. Dans une deuxième variante, ltélément fusible a la forme d'un anneau entourant ltenveloppe extérieure ; l'anneau constituant l'élément fusible est disposé à l'extrémit-é du parafoudre, où se trouve la tige en saillie constituant la deuxième électrode, ledit anneau étant centré sur un manchon métallique qui est soudé ou brasé- sur l'enveloppe extérieur et qui renferme l'i- solant maintenant la deuxième électrode, ledit anneau étant maintenu en position par la partie pliée en équerre de la lame élastique de l'organe élastique conducteur. On peut avantageusement prévoir que l'élélnent fusible soit constitué d'un alliage métallique ayant un point de fusion compris entre 6500 et 250"C environ ; en particulier, on peut utiliser un alliage, dit "métal de WOOD", ayant un point de fusion de 7000 et constitué de 50% de bismuth, 25 de plomb, 12,5% d'étain et 12,5 de cadmium ; on peut aussi utiliser un alliage dit "de Llchtenberg", qui fond à environ 100 C et qui est constitué de 50% de bismuth, 20% d'étain et 30% de plomb, ou un alliage qui fond à 1400C et qui est constitué de 58% de bismuth et 427. d'étain, ou encore un alliage qui fond à 2400C environ et qui est constitué de 95% d'étain et 5% d'antimoine, tous les pourcentages ci-dessus indiqués étant des pourcent2ges en poids. L'organe élastique, qui est fixé sur l'enveloppe extérieure du parafoudre, peut avantageusement Autre constitué d'une tEle découpée et plié. réalisée en bronze au béryllium ou en cuivre au béryllium ; le dimensionnement de l'organe élastique est prévu de façon que ledit organe permette le passage de l'nergie, qui doit traverser le parafoudre en cas de mise en court-circuit sans aucune difficulté, ce qui est généralement réalisé en utilisant, pour joindre l'enveloppe à la tige qui constitue la deuxième électrode, une lame de quelques millimètres de largeur et de quelques dixièmes de millimètres d'épaisseur. De façon connue, l'enveloppe extérieure du parafoudre peut avantageusement titre réalisée en acier nickelé et la tige formant la deuxième électrode en un alliage fer-nickel-cobalt dit "Kover"permettant la soudure de la perle de verre, qui assure la liaison entre la deuxième électrode et l'enveloppe ex extérieure. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, deux modes de réalisation représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente, en coupe axiale, un parafoudre selon l'invention dans lequel l'élément fusible est constitué d'une pastille métallique - la figure 2 représente, en perspective, l'organe élastique du parafoudre de la figure 1 - la figure 3 représente, en coupe axiale, un autre mode de réalisation du parafoudre selon l'invention dans lequel l'élément fusible est constitué d'un anneau métallique, l'organe élastique du parafoudre étant le mEme que celui représenté pour le parafoudre de la figure 1. En se référant au dessin, on voit que l'on a désigné par 1 l'enveloppe extérieure du parafoudre selon l'invention ; cette enveloppe extérieure est constituée d'un cylindre métallique comportant un fond la dans la zone centrale duquel se trouve une tige extérieure lb qui constitue la premi ère borne du parafoudre. A son extrémité opposée au fond la l'enveloppe extérieure 1 est reliée par une brasure 2 à un manchon 3 réalisé en un alliage fer-nickel-cobalt dit "KOVAR". Le manchon 3 est engagé dans l'enveloppe extérieure 1 jusqu'à mise en appui contre un épaulement 4.Selon l'axe du manchon 3 est disposée une tige 5, qui fait saillie à l'extérieur du parafoudre et dont l'extrémité 5a constitue la deuxième électrode du parafoudre, cette deuxième électrode étant en vis-à-vis du fond la à l'intérieur de l'enveloppe extérieur re 1. La tige 5 est relide au manchon 3 par une perle de verre 6 et elle est réalisée dans le mEme métal que le manchon 3. La perle de verre 6 constitue un bouchon, qui isole de l'extérieur la eone de l'enveloppe 1 où est disposée l'électrode Sa, cette zone constituant-une enceinte, où se trouve un gaz rare, tel que l'argon, sous pression réduite ; dans 1 'atmos- phère de cette enceinte, on introduit un-matériau destiné à réduire la tension d'amorçage du parafoudre. Le parafoudre qui vient d' & re décrit est bien connu dans l'état de la technique et correspond aux réalisations des figures let 3. Dans la réalS.sation de la figure 1, on voit que sur l'enveloppe extérieure 1, on a mis en place un organe élastique conducteur désigné par 7 dans son ensemble. L'organe élastique 7 comporte une bague 7a, qui enserre élastiquement l'enveloppe extérieure et qui, si on le désires peut y titre reliée par un point de soudure après sa mise en place. La bague 7a est solidaire d'une lame élastique 7b, dont l'extrémité qui est opposée à la lame 7a est repliée en équerre pour constituer un retour 7c.L'organe élastique 7 est réalisé en bronze au béryllium par coupage et pliage dune tSle de 0,2mm d'épaisseur ; dans l'exemple décrit, l'enveloppe extérieure 1 et son manchon 3 ont une longueur axiale d'environ lSrnm, la bague 7a a une longueur axiale d'environ Smm, la lame élastique 7b a une longueur d'environ 9mm et le retour en équerre 7c aune longueur d'environ 3mm ; la largeur de la lame 7b et du retour en équerre 7c est de 2mm et le diamètre du parafoudre est d'environ 5mm. Entre la lame élastique 7b et la paroi cylindrique de l'enveloppe extérieure 1 du parafoudre, on dispose un élément fusible 8 qui est constitué d'une pastille carrée de 2mm de c6té et d'un millimètre d'épaisseur. Cette pastille peut titre collée sur lafaoe de la lame élastique 7b, qui est en vis-àvis de l'enveloppe 1, afin d'assurer une mise en place facile. En raison de l'éléasticité de la lame 7b, la pastille 8 est appliquée contre l'enveloppe extérieure 1 et l'extrémité du retour en équerre 7c se trouve alors, comme indiqué sur la figure 1, à environ lmm de la tige 5. Silt parafoudre est soumis à une surtension, un arc s'établit entre l'électrode Sa et l'enveloppe extérieure 1 du parafoudre et cet arc provoque un échauffement de l'enveloppe extérieure 1.Lorsque la tempdra- ture de l'enveloppe extérieure 1 s'élève suffisamment, on atteint le point de fusion du métal, dont est constituée la pas tille 8 et, dans ce cas, la la pastille 8 fond et la lame élasti- que 7b se rapproche de l'enveloppe 1 en miston de son élasticité ; dans ce mouvement, l'extrémité du retour en équerre 7c vient en contact avec la tige 5, ce qui met en court-circuit le parafoudre. Bien entendu, on choisit la nature du métal, dont est constituée la pastille 8 , en fonction du seuil d'énergie que le parafoudre doit laisser passer sans se mettre en courtcircuit. On pourra, par exemple, utiliser pour réaliser la pastille 8 un alliage fondant à 100 C et constitué de 50 en poids poids de bismuth 20% en poids d'étain et 30% en poids de plomb. La figure 3 représente un autre mode de réalisation du parafoudre selon l'invention ; dans ce mode de réalisation, le parafoudre proprement dit est identique à celui qui a été décrit pour la figure 1, c'est-8-dire que tous les éléments portant des références comprises entre leet 6 inclusivement sont les mêmes que pour la réalisation de la figure 1. L'organe élastique du parafoudre est également le mEme que l'organe élastique 7 représenté sur les figures 1 et 2. La seule différence provient de la réalisation particulière de l'élément fusible, qui est associé à la lame élastique 7b de ltor- gane 7. En effet, sur la figure 3, l'élément fusible désigné par 18 est constitué par un anneau métallique disposé autour de la partie saillante du manchon 3.L'anneau 18 vient en appui contre l'épaulement que constitue la bordure de la paroi latérale cylindrique de l'enveloppe 1 et l'anneau 18 est maintenu contre cette bordure par le retour en équerre 7c de l'organe élastique 7. En d'autres termes, après avoir positionné l'anneau 18 sur le manchon 3, on met en place l'organe élastique 7 sur l'enveloppe extérieurel,enle positionnant de Eaçon que le retour en équerre 7c maintienne l'anneau 18 en position. Le fonctionnement de ce mode de réalisation est le même que celui qui a été décrit pour le mode de réalisation de la figure 1, la fusion de l'anneau 18 provoquant la mise en dourt- circuit du parafoudre par contact entre le retour en équerre 7c et la tige 5. I1 est bien entendu que les modes de réalisation cidessus décrits ne sont aucunement limitatifs et pourront donner lieu à d'autres modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Revendications 1 - Parafoudre destiné notamment à protégcr un circuit électronique contre les effets d'une surtension, ledit parafoudre étant constitué d'une enveloppe extérieure métallique formant une première électrode, qui renfcrme une tige métallique formant une deuxième électrode, une partie de ladite tige faisant saillie à l'extérieur de ltenveloppe précitée à laquelle elle est reliée par un isolant pour définir une enceinte contenant un gaz inerte, caractérisé par le fait que l'enveloppe extérieure porte extérLeurement un organe élastique conducteur, qui s'appuie sur un élément fusible et peut venir par élasticité, quand l'élément fusible est fondu, en contact avec la partie de la deuxième électrode, qui est à l'extérieur de la première. 2 - Parafoudre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe élastique comporte une bague de fixation serrée sur l'enveloppe extérieure métallique du parafoudre et une lame élastique s'appuyant sur l'élément fusible. 3 - Parafoudre selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la lame élastique comporte une partie sensiblement parallèle à l'enveloppe extérieure, dont l'extrémité, qui est opposée à la bague de fixation, est pliée en équerre en direction de 1-a deuxième électrode. 4 - Parafoudre selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait- que l'élément fusible est une pastille disposée entre l'enveloppe extérieure et la lame élastique. 5 - Parafoudre selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la pastille constituant l'élément fusible est collée sur l'enveloppe extérieure ou sur la lame élastique. 6 - Parafoudre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'élément fusible a la forme d'un anneau entourant l'enveloppe extérieure. 7 - Parafoudre selon les revendications 3 et 6 prises simultanément, caractérisé par le fait que l'anneau constituant tuant l'élément fusible est disposé à l'extrémité du parafoudre dre,où se trouve la tige en saillie constituant la deuxième électrode, ledit anneau étant centré sur un manchon métallique, qui est soudé ou brasé sur l'enveloppe extérieure et qui renferme l'isolant maintenant la deuxième électrode, ledit anneau étant maintenu en position par la partie pliée en équerre de la lame élastique de l'organe élastique conducteur. 8 - Parafoudre selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'élément fusible est constitué d'un alliage métallique ayant un point de fusion compris entre 650C et 2500C environ. 9 - Parafoudre selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'organe plastique est constitué d'une tle découpée et pliée de bronze au béryllium ou de cuivre au béryllium. 10 - Parafoudre selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que son enveloppe extérieure est réalisée en acier nickelé et que la tige formant la deuxiIne électrode est réalisée en un alliage fer-nickel-cobalt.