Brevet FR2484695A1 — publié le 19811218

PARAFOUDRE PERMETTANT UNE MISE EN COURT-CIRCUIT EXTERIEURE. 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 dénom- més éclateurs, parasurtensions ou limiteurs de tension, sont particulièrement utilisés pour la protection des installa tions téléphoniques et l'on impose que les parafoudres de ce type, lorsqu'ils permettent l'écoulement dune quantité dOé- nergie supérieure à un seuil, se mettent définitivement en court-circuit pour assurer une protection efficace du circuit à pro.téger ; on suppose que, lorsque le seuil d'énergie précité est déplacé, la cause de la surtension est grave et durable, ce qui nécessite établir une voie d'écoulement importante grâce à la mise en court-circuit du parafoudre. Bien entendu, lorsqu'un parafoudre a été ainsi mis en courtcircuit, il est nécessaire, pour remettre l'installation an état, de changer ledit parafoudre mais ce remplacement ne représente qu'un inconvénient mineur par rapport à la dété- rioration, 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 court-circuit d'un parafoudre doit s'effectuer à l'intérieur du parafoudre : ce type de mise en court-circuit a l'avan- tage de ne donner lieu à -aucun phénomène d l'extérieur du parafoudre mais il comporte de gros inconvénients. En ee-, si les conditions réelles d'utilisation viennent à être très différentes de celles prévues pour les essais de mise en court-circuit, le parafoudre peut, dans un premier cas, se détruire suivant un mode différent de celui que l'on prévoyait ; la tension d'amorçage peut alors devenir très élevée, de sorte que la ligne n'est plus protégée.Dans un deuxième cas, le parafoudre est susceptible, après destruction, 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 parafoudres, des parafoudres hors-normes, qui créent des perturbations de fonctionnement importantes mais dif-ficilement repérables. C'est la raison pour laquelle on souhaite que la détérioration d'un parafoudre se traduise par une mise en court-circuit franche, pour que la ligne correspondante soit facilement repérable.En second lieu, lorsqu'un parafoudre à mise en court-circuit intérieure est dé térioré, sa résistance chute à une valeur faible mais non- nulle : il en résulte que, si après détérioration il est traversé peut par un courant, iltcm stivter une résistance chauffantes dont~ le dégagement thermique est susceptible d'être. dangereux- Pour éviter les inconvénients précités, certaines législations prévoient, au contraire, dtimposer 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 ourlé; circuit mais, dans les dispositifs connus, cela correspond souvent à une augmentation du volume extérieur occupé par le parafoudre. En effet, un parafoudre de ce-type est, par exemple, constitué, dans l'état de la technique, d'une enveloppe extérieure 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 dispose à l'intérieur d'un boîtier et llun~des contacts repose sur une rondelle métallique fusible reliée électriquement à l'une 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 11 énergie dépasse un seuil prédéterminé, la rondelle de mé tal fusible fond, le métal liquide se répand dans le bottier, qui, obligatoirement, est disposé horizontalement, et-vient établir un court-circuit entre les deux contacts associés aux deux électrodes du parafoudre. I1 est clair que, d'une par., us. tel dispositif est plus volumineux que le par foudre lui-même, puisque le parafoudre doit être enfermé dans un bottier, et que, d'autre part, un tel dispositif impose une orientation déterminée pour le parafoudre, afin que le métal fondu puisse dans le boîtier venir établir le courtcircuit entre les deux contacts du parafoudre D'autres parafoudres à mise en court-circuit extérieure ont aussi été proposés mais ils correspondent à des dispositifs compliqués, dont le prix de revient est élevé. 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 plusieurs électrodes permettant une mise en court-circuit extérieure, sans qu'il soit besoin de l'enfermer à l'intérieur d'un bottier.I1 est bien connu, dans l'état de la technique, qu'un parafoudre est constitué d'une enveloppe extérieure qui renferme au moins une tige métallique formant une électrode, ladite enveloppe extérieure définissant une enceinte qui contient un. gaz inerte sous pression réduite chaque électrode est portée par l'enveloppe et fait saillie à l'extérieur de l'enveloppe ; l'enveloppe elle-mme peut constituer un des piles du parafoudre c'est-à-dire être équivalente à une électrode, dans la mesure ou ladite enveloppe est métallique. La liaison entre une électrode et l'envelop- pe extérieure est réalisée de façon étanche et électriquement isolante au moyen d'une perle de verre.Selon llinvention, on a prévu de réaliser le court-circuit extérieur afférent à une électrode. au moyen d'un organe élastique porté par l'enveloppe extérieure du parafoudre, cet organe élastique étant maintenu écarté de la partie saillante de l'électrode au moyen d'un élément 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 deux électrodes ou entre une électrode et l'enveloppe extérieure lorsque celle-ci est métallique et constitue un p8le du parafoudre, 11 échauffement de l'envelop- pe extérieure provoque la fusion de 1' élément fusible, ce qui permet à l'organe élastique fixé à l'extérieur de lten veloppe extérieure de venir au contact avec la partie ex térieure de l'électrode, qui correspond à l'organe élastique considéré, le courant traversant le parafoudre passant alors de la tioe à l'organe élastique qui,bien entendu, est réali sé en matériau conducteur et relié de façon convenable pour permettre l'écoulement de l'énergie considérée. Le dispositif selon l'invention, étant un dispo sitif à court-circuit extérieur, évite tous les inconvénients des parafoudres à mise en court-circuit intérieure si l'énergie, qui traverse le parafoudre, n'est que légèrement inférieure au seuil provocant la mise en court-circuit > il ne se produit aucune déformation interne du parafoudre 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 rôle, puisque la position relative de l'électrode à l'intérieur de l'envelop pe extérieure n'a pas variée. Par ailleurs, le parafoudre selon l'invention est particulièrement intéressant, étant donné que son encombrement extérieur n'est pratiquement pas supérieur à celui d'un parafoudre à court-circuit intérieur correspondant, puisqu'il n'est pas nécessaire d'enfermer le parafoudre à l'intérieur d'un boîtier, comme c'était le cas jusqu'à présent pour de nombreux parafoudres à court-circuit extérieur de l'état de la technique. Eq outre, la résis-tance du parafoudre selon l'invention après sa mise en court-circuit est de l'ordre de 0,1 ohm, de sorte que le parafoudre détérioré ne peut être le siNge d'un dégagement de chaleur dangereux. 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, qui renferme au moins une tige métallique formant une électrode l'enveloppe extérieure définissant une enceinte qui contient un gaz inerte sous pression réduite, chaque électrode étant portée par l'enveloppe et faisant saillie à l'extérieur de l'enveloppe, caractérisé par le fait que l'enveloppe extérieure est associée à plusieurs électrodes à chacune desquelles correspond 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 son électrode correspondante, qui fait saillie à l'exté- rieur de l'enveloppe. Dans un mode préféré de réalisation, l'enveloppe extérieure est associée à deux électrodes ; les deux organes élastiques associés aux deux électrodes de l'enveloppe exté- rieure constituent une seule pièce portée par 1V enveloppe extérieure ; la pièce unique constituant les deux organes élastiques comporte une bague de fixation serrée sur l'en- veloppe extérieure, de part et d'autre de laquelle est-disposée une lame élastique s'appuyant sur un élément fusible porté par l'enveloppe extérieure ; les deux lames élastiques sont symétriques par rapport à la bague de fixation i 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 l'électrode correspondante. Dans une première variante, l'enveloppe extérieure est métallique et constitue un des p8les du parafoudre dans une deuxième variante, l'enveloppe extérieure est réalisée en céramique. Selon une première réalisation, l'élément fusible est une pastille disposée entre l'enveloppe extérieure et la lame élastique ; la pastille constituant l'élément fusible peut être collée sur l'enveloppe extérieure ou sur la lame élastique. Selon une autre réalisation, 19 élément fusi- ble a la forme d'un anneau entourant l'enveloppe extérieure. Selor ':ne t;-oisieme réalisation, l'élément fusible a la for- me d'une bille ayant, par exemple, un diamètre d'environ 1 mm, ladite bille étant soudée ou simplement coincée dans un logement prévu à cet effet entre l'enveloppe extérieure et l'organe élastique conducteur.----------------------------- L'élément fusible est avantageusement constitué d'un alliage métallique ayant un point de fusion compris entre 650C et 250"C environ ; en particulier, on peut utiliser un alliage dit "métal de WOOD", ayant un point de fusion de 709C 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 "due LIECHTENSBERGH", qui:fond d 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 42 % 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 pourcentages en poids L'organe élastique, qui est fixé sur l'enveloppe extérieure du parafoudre, peut avantageusement être con s- titué d'une tôle découpée et pliée réalisée en bronze au béryllium ou en cuivre au béryllium 2 le dimensionnement de l'organe élastique est prévu de façon que ledit organe permette le passage de l'énergie, qui doit traverser le parafoudre en cas de mise en court-circuit, sans aucune difficulté, ce qui est généralement réalisé en utilisant une lame de quelques millimètres de largeur et de quelques dixièmes de millimètres d'épaisseur. De façon connueS lorsque l'enveloppe extérieure du parafoudre est métallique, e11le peut avantageusement être réalisée en acier nickelé, les électrodes étant alors cons tituées en un alliage fer-nickelcobalt dit "KOVAR" permet- tant la soudure de la perle de verre, qui assure la liaison entre chaque électrode et l'enveloppe extérieure. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple purement il- lustratif et non limitatif, un mode de réalisation repr & senté sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 4 représente, en coupe axiale, un parafoudre tripolaire selon l'invention comportant une enveloppe extérieure métallique et deux électrodes symétriques, l'élément fusible associé à chaque électrode étant une pastille métallique - la figure 5 représente, en perspective, l'or- gane élastique du parafoudre de la figure 4. En se référant au dessin, on voit que l'on a désigné par 21 l'enveloppe extérieure du parafoudre de la figure 4 ; cette enveloppe extérieure est constituée d'un cylindre métallique qui, à chacune de ses extrémités, est relié par.une brasure 22 à un manchon 23 réalisé en un alliage fer-nickel-cobalt dit "KOVAR". Le manchon 23 est engagé dans l'enveloppe extérieure 21 jusqu'à mise en appui contre un épaulement 24. Selon l'axe de chacun des manchons 23 est disposée une tige 251, 252 qui fait saillie à l'extérieur du parafoudre ; les extrémités 251a 252a des deux tiges 251 et 252 respectivement constituent les deux électrodes à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 21. Les deux tiges 251 et 252 sont reliées chacune à leur manchon 23 par une perle de verre 26 ; elles sont réalisées dans le même métal que les manchons 23.La perle de verre 26 constitue un bouchon, qui isole de l'extérieur la zone de l'enveloppe 21, où sont disposées les électrodes 251a et 252a, cette zone constituant une enceinte où se trouve un gaz rare, tel que l'argon, sous pression réduite ; dans l'atmosphère de cette enceinte, on introduit un matériau destiné à réduire la tension d'amorçage du parafoudre. Le parafoudre, qui vient d'entre décrit, est bien connu dans l'état de la technique. Dans la réalisation de la figure 4, on voit que sur l'enveloppe extérieure 21, on a mis en place une pièce métallique désignée par 27 dans son ensemble. La pièce 27 comporte, dans sa zone centrale, une bague 27a, qui enserre élastiquement l'enveloppe extérieure 21 et qui, si on le désire, peut y être reliée par un point de soudure après sa mise en place. De part et d'autrede la bague 27a se trouvent deux organes élastiques 271 et 272 symétriques par rapport à la bague 27a ; chacun de ces organes élastiques 271 et 272 est constitué d'une lame élastique 27lob et 272b respectivement, chaque lame élastique ayant son extremité, qui est opposée à la bague 27a, repliée en équerre pour constituer un retour 271c et 272c respectivement. La pièce 27 est réalisée en bronze au béryllium par découpage et pliage ou 0,3 mm d'une tle de 0,2 mm/d'épaisseur ; dans l'exemple décrit, l'enveloppe extérieure 21 et ses manchons 23 ont une lon gueur axiale de 16 mm, la bague 27a a une longueur axiale d'environ 5 mm, les lames élastiques ?71b et 272b ont une lon & eur d'environ 17 mm et les retours en équerre 271c et 272c ont une longueur d'environ 3 mm ; la largeur des lames 27lob et 272b et des retours en équerre correspondants est de 3 mm et le diamètre du parafoudre est d'environ-6 -- mm. Entre chacune des lames élastiques 271b et 272b et la paroi cylindrique de l'enveloppe extérieure 21 du parafoudre, on dispose un élément fusible 28, qui est constitué d'une pastille carrée de 2 mm de c6té et de 1 mm d'épaisseur. Cette pastille peut être collée sur les faces des lames élastiques 271b et 272b qui sont en vis-d-vis de l'enveloppe 21, afin d'assurer une mise en place facile. En raison de l'élasticité des lames 27lob et 272b, les pastilles 28 sont appli- quées contre l'enveloppe extérieure 21 et les extrémités des retours en équerre 271c et 272c se trouvent alors, comme indiqué sur la figure 4, à environ 1 mm des tiges 251 et 252 respectivement. Si l'une des électrodes du parafoudre est soumise à une surtension, un arc s'établit à l'intérieur du parafoudre entre cette électrode et l'enveloppe- extérieure 1 et cet arc provoque un échauffement de l'enveloppe extérieure 21.Lorsque la température de l'enveloppe extérieure 21 s'élève suffisamment, on atteint le point de fusion du métal, dont sont constituées les pastiLles 28--;- les pastilles 28 fondent et les lames élastiques 27lob et 272b se rapprochent de l'enveloppe 21 en raison de leur élasticité ; dans cé mouvement les extrémités des retours en équerre 271c et 272c viennent en contact avec les tiges 251 et 252 respectivement, ce qui met simultanément les deux électrodes du parafoudre en court-circuit. Il convient d'indiquer que cette mise en courtcircuit simultanée des deux électrodes 251 et 252 est parti culièrement~intéressantecar,-habituellementf sur les parafoudres tripolaires comportant une mise en~court-circuit in terne, seule l'électrode qui est soumise à la surtension se met en court-circuit avec l'enveloppe extérieure, l'autreélectrode gardant une tension d'amorçage élevée ; il en résulte que, dans l'état de la technique, le parafoudre devient dissymétrique ce qui est souvent nuisible au circuit protégé. Au contraire, le parafoudre tripolaire selon l'invention, qui vient d'être décrit, permet la mise en court-circuit simultanée des deux électrodes avec l'enveloppe extérieure. Bien entendu, on choisit la nature du métal, dont est constituée la pastille 28, en fonction du seuil d'éner gaie que le parafoudre doit laisser passer sans se mettre en court-circuit. On pourra, par exemple, utiliser pour réaliser la pastille 28 un alliage fondant à 100"C et constitué de 50 % en poids de bismuth, 20 % en poids d'étain et 30 % en poids de plomb. Il est bien entendu que le mode de réalisation cidessus décrit n1 est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Revendications 1 - Parafoudre destiné à protéger un circuit électronique contre les effets dlune surtension, ledit parafoudre étant constitué d'une enveloppe extérieure, qui renferme au moins une tige métallique formant une électrode, l'enveloppe extérieure définissant une enceinte qui contient un gaz inerte sous pression réduite, chaque électrode étant portée par l'enveloppe et faisant saillie à l'extérieur de l'enve- loppe, caractérisé par le fait que 11 enveloppe extérieure (21) est associée à plusieurs électrodes (251, 252) à cha- cune desquelles correspond un organe élastique conducteur (271, 272), qui s appuie sur un élément fusible (28) et peut venir par élasticité, quand l'élément fusible (28) est fondu, en contact avec la partie de son électrode correspondante (251, 252), qui fait saillie à l'extérieur de l'enveloppe (21). 2 - Parafoudre selon la revendication 1 caracté risé par le fait que l'enveloppe extérieure (21) est lasso ciée à deux électrodes (251, 252). 3 - Parafoudre selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les deux organes élastiques (2715, 272) constituent une seule pièce (27) portée par l'enveloppe extérieure (21). 4 - Parafoudre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'enveloppe extérieure (21) est métallique et constitue un pôle du parafoudre. 5 - Parafoudre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'enveloppe extérieure (21) est en céramique. 6 - Parafoudre selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la pièce unique (27) constituant les deux organes élastiques (271, 272) comporte une bague de fixation (27a) serrée sur l'enveloppe extérieure (21), de part et d'autre de laquelle est disposéeune lame élastique (27 lob, 272b) s'appuyant sur un élément fusible (28) porté par l'enveloppe extérieure (21). 7 - Parafoudre selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les deux lames élastiques (27 lob, 272b) sont symétriques par rapport à la bague de fixation (27a). 8 - Parafoudre selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que l'organe élastique (271 ou 272) comporte une partie (271b, 272b) sensiblement parallèle à l'enveloppe extérieure, dont l'extrémité, qui est opposée à la bague de fixation (27a), est pliée en équerre (en 271c, 272c) en direction de l'électrode correspondante (251, 252). 9 - Parafoudre selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que l'élément fusible (28) est une pastille disposée entre l'enveloppe extérieure (21) et la lame élastique (27lb, 272b). 10 - Parafoudre selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la pastille constituant l'élément fusible (28) est collée sur l'enveloppe extérieure (21) ou sur la lame élastique (271b ou 272b). 11 - Parafoudre selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que l'élément fusible (28) a la forme d'un anneau entourant l'enveloppe extérieure (21). 12 - parafoudre selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que l'élément fusible (28) a la forme d'une bille sodée ou simplement coincée dans un logement prévu à cet effet entre l'enveloppe extérieure~(21) et I'orane élastique conducteur. 13-- Parafoudre selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le rait qne l'élément fusible (28) est cor!stitté d'lv alliage métalliqtle ayant un point de fusion compris entre 65"C et 2500C environ. 14 - Parafoudre selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que l'organe élastique (271, 272) est constitué d'une tle découpée et pliée de bronze au béryllium ou de cuivre au béryllium.