Brevet FR2481011A1 — publié le 19811023

DISPOSITIF PARAFOUDRE AYANT UN ELEMENT TUBULAIRE ELASTIQUE MENT DEPLACABLE PERMETTANT UNE MISE EN COURT-CIRCUIT EXTE RIEURE ET ENSEMBLE DE PROTECTION CORRESPONDANT. La présente invention a trait à la réalisation d'un parafoudre à gaz destiné notamment à la protection des circuits électroniques contre les surtensions. L'invention a également trait à la rdalisation d'ensembles de protection mettant en oeuvre de tels parafoudres. On sait que les parafoudres à gaz, encore dénommmds éclateurs, para-surtensions ou limiteurs de tension, sont particulièrement utilisés pour la protection des installations téléphoniques et l'on impose que les parafoudres de ce type, lorsqu'ils permettent 19dcoulement d'une quantité d'énergie supérieure a un seuil, se mettent définitivement en court-circuit pour assurer une protection efficace du circuit à protéger ; 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 grace 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 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 provoquF 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 à 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 élec- trode disposée à l'intérieur du parafoudre et, ai la surtension est légèrement inférieure au seuil d'énergie provoquant la mise en court-circuit, elle peut entrainer une déformation de ladite électrode à l'intérieur du parafoudre, sans que le court-circuit se produise ; dans ce cas, lorsque la surtension a disparu le parafoudre est extérieurement intact mais intérieurement détérioré et il ne correspond 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 parafoudres, des parafoudres hors-normes, qui créent des perturbations de fonctionnement importantes mais difficilement repérables. Pour éviter l'inconvénient précité, certaines lé- gislations 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 courtcircuit.Un dispositif de ce type comporte généralement un parafoudre ayant une enveloppe extérieure en céramique renfermant deux électrodes, qui se font vis-d-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 l'une des deux bornes entre lesquelles est inséré le dispositif, l'autre borne étant reliée électriquement au deuxième contact port par l'enveloppe céramique. Si le parafoudre laisse passer une surtension et si l'énergie dépasse un seuil prédéterminé, la rondelle de métal fusible fond et le métal liquide se répand dans le bottier.Pour que ce métal liquide vienne établir de façon sûre un court-circuit entre les deux contacts associés aux deux électrodes du parafoudre, il est obligatoire, d'une part, d'avoir un bottier laissant un passage important autour du parafoudre et, d'autre part, d'imposer une orientation déterminée au dispositif, pour que, par gravité, le métal fondu puisse venir dans le bottier établir le court-circuit désiré entre les deux contacts du parafoudre. On voit donc que, dans l'état de la technique, les dispositifs de ce type sont nécessairement de fort encombrement et d'orientation imposée. La présente invention a pour but de faire disparattre les inconvénients présentés par les dispositifs parafoudres à mise en court-circuit extérieure de type connu. Plus précisément, le présente invention a pour but de décrire un dispositif parafoudre à mise en court-circuit extérieure, dont l'orientation en fonctionnement peut être quelconque et dont ltencombrement, quoique légèrement plus important que pour les parafoudres à court-circuit intdrieur, reste néanmoins relativement réduit.Un parafoudre de l'état de la technique, tel que décrit par exemple dans les demandes de brevet français 77-08189 et 79-06738, comporte une enveloppe extérieure, qui renferme au moins une tige métallique formant une électrode ; l'enveloppe extérieure définit une enceinte qui contient un gaz inerte sous pression réduite chaque électrode est portée par l'enveloppe et fait saillie à l'extérieur de celle-ci ; la liaison entre la tige formant électrode et l'enveloppe est réalisée de façon étanche et électriquement isolante au moyen d'une perle de verre.Selon l'invention, on a prévu de réaliser la mise en court-circuit extérieure au moyen d'un élément tubulaire conducteur élastiquement déplaçable par rapport à l'enveloppe extérieure, ledit élément tubulaire étant en contact électrique avec un pôle du dispositif ; cet élément tubulaire est appuyé élas- tiquement sur un élément fusible, qui se liquéfie, lorsque l'énergie qu'on écoule par le parafoudre, dépasse un seuil prédéterminé ; lorsque l'élément fusible a fondu, l'élément tubulaire, sous l'effet de la poussée élastique à laquelle il est soumis, se déplace par rapport à l'enveloppe extérieure et vient assurer un contact électrique avec un autre pôle du dispositif.En d'autres termes, si un arc est établi à l'intérieur du parafoudre et si l'énergie qui traverse ainsi le parafoudre dépasse un seuil prédéterminé, l'échauffement provoque la fusion de l'élément fusible, ce qui permet à l'élément tubulaire soumis à une poussée élastique de se déplacer pour établir un court-circuit entre deux pales du dispositif. Le dispositif selon l'invention, étant un dispositif à mise en court-circuit extérieure, 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 provoquant la mise en court-circuit, il ne se produit aucune modification interne du para foudre et la seule déformation, qui peut intervenir, est une defor- mation 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 des électrodes dans l'enveloppe extérieure n'a pas variée.Par ailleurs, le dispositif selon l'invention est particulièrement intéressant, étant donné que son encombrement extérieur n' est que très peu supérieur à celui d'un parafoudre à court-circuit intérieur puisque l'élément tubulaire où est disposée l'enveloppe extérieure peut au voisinage immédiat de ladite enveloppe extérieure et qu'il n'est pas nécessaire de laissèr subsister un espace entre ces deux pièces ; en outre, le dispositif selon l'invention peut etre utilisé quelque soit son orientation puisque le métal fondu de l'élément fusible n'assure aucun contact, ledit élément fusible jouant uniquement un rôle de cale provisoire, qui disparait lorsque le seuil d'énergie tolérable est dépassé. ta présente invention a, en conséquence, pour objet un dispositif parafoudre destiné notamment à protéger un circuit électronique contre les effets d'une surtension, ledit dispositif comportant un-parafoudre constitue' d'une enveloppe extérieur 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 ladite enveloppe, caractérisé par le fait que l'enveloppe extérieure est disposée dans un élé- ment tubulaire conducteur élastiquement déplaçable par rapport à elle et en contact électrique avec un premier pôle du dispositif, ledit élément tubulaire s'appuyant sur un élément fusible et pouvant venir élastiquement, quand l'élément fusible est fondu, en contact électrique avec au moins une électrode constituant un autre pôle du dispositif. Dans un mode préféré de réalisation, l'enveloppe extérieure du parafoudre est métallique et constitue un pale du dispositif ; l'élément fusible assure le contact entre l'enveloppe extérieure et l'élément tubulaire ; l'élément fusible est métallique ; l'élément fusible est constitué d'un alliage métallique ayant un point de fusion compris entre 65iC et 2500C environ.On peut, en particulier, utiliser, comme alliage métallique destiné à constituer l'élément fusible, un alliage dit"métal de WOOD" ayant un point de fusion de 70'C et constitué de 50 % de bismuth, 25 Z de plomb, 12,5 % d'étain et 12,5 % de cadnium ; on peut aussi utiliser un alliage dit "LIECHTENSBERGH", qui fond à environ 1000C et qui est constitué de 50 X de bismuth, 20 X d'étain et 30 Z de plomb, ou un alliage qui fond a environ 140 C et qui est constitué de 58 7. de bismuth et 42 % d'étain, ou encore un alliage qui fond a 240 C environ et qui est constitué de 95 Z d'étain et 5 Z d'antimoine, tous les pourcentages cidessus indiqués étant des pourcentages en poids. Dans un mode de réalisation particulièrement intéressant, l'enveloppe extérieure ne renferme qu'une seule tige métallique formant électrode ; l'électrode du parafoudre est en appui sur une première borne de contact du dispositif, l'élément tubulaire est poussé par un ressort contre l'él6- ment fusible qui s'appuie sur l'enveloppe extérieure du parafoudre et le ressort susmentionné est maintenu par un support, qui est fixe par rapport à la première borne de contact précité , le support est conducteur et constitue une deuxième borne du dispositif. La présente invention a également pour objet un ensemble de protection utilisable notamment en tete d'un cibler caractérisé par le fait qu'il comporte, dans un bottier, au moins un dispositif parafoudre à mise en court-circuit extérieure tel que ci-dessus défini. Dans un mode préféré de réalisation, le bottier comporte deux dispositifs parafoudres identiques, montés cotez A-cdte et susceptibles de se mettre extérieurement en courtcircuit indépendamment l'un de L'autre, le support des deux dispositifs parafoudres étant le même ; les parafoudres des deux dispositifs de l'ensemble sont bipolaires, leurs enveloppes extérieures métalliques sont électriquement reliées au support qui constitue une borne commune aux deux dispositifs, le bottier comporte un corps fermé par un couvercle encliquetable, le corps de bottier renferme les deux dispositifs parafoudres et les deux électrodes sont en appui sur deux broches métalliques portées par le couvercle du bottier, ledit couvercle étant traversé par la borne commune susmentionnée. 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 6 représente, en coupe axiale schématique, une réalisation d'un dispositif selon l'invention, comportant un parafoudre bipolaire, qui a une enveloppe extérieure métallique - la figure 7 représente en coupe selon VII-VII de la figure 8, un ensemble de protection mettant en oeuvre deux dispositifs du type de celui qui est représenté schématiquement sur la figure 6 - la figure 8 représente, en perspective éclatée, les différentes pièces constitutives de l'ensemble de protection de la figure 7 ; - la figure 9 représente une coupe selon IX-IZ de la figure 7. En se référant à la figure 6, on voit que l'on a désigné par 31 l'enveloppe extérieure du parafoudre du dispositif selon l'invention ; cette enveloppe extérieure 31 est constituée d'un cylindre métallique comportant un fond 31a dans la zone centrale duquel se trouve une tige extérieure 31b, qui constitue la première borne du dispositif. A son extrémité opposée au fond 31a, l'enveloppe extérieure 31 est reliée par une brasure 32 à un manchon 33 réalisé en alliage fer-nickel-cobalt dit "Kovar". Le manchon 33 est engagé dans l'enveloppe extérieure 31 jusqu'à mise en appui contre un épaulement 34.Selon l'axe du manchon 31 est disposée une tige 35, qui fait saillie à l'extérieur du parafoudre et dont l'extrémité 35a constitue la deuxième électrode du parafoudre, cette deuxième électrode étant en vis-à-vis du fond 31a à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 31. La tige 35 est reliée au manchon 33 par une perle de verre 36 et elle est réalisée dans le même métal que le manchon 33. La perle de verre 36 constitue un bouchon, qui isole de l'extérieur la zone de l'enveloppe 31, où est disposée l'électrode 35a, 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'Otre décrit, est bien connu dans l'état de la technique. L'enveloppe extérieure 31 est disposée à l'intérieur d'un élément tubulaire conducteur 37 ; l'élément tubulaire 37 a une forme cylindrique et comporte un fond 375 > son autre extrémité étant ouverte sur l'extérieur. Entre la borne 31b et le fond 37a, on a interposé un élément fusible 38 constitué d'une pastille métallique. La nature du métal, dont est constituée la pastille 38, est fonction du seuil d'énergie que le parafoudre doit laisser passer sans se mettre en court-circuit. On pourra, par exemple, utiliser pour réaliser la pastille 38 un alliage fondant à 100 C et constitué de 50 Z en poids de bismuth, 20 Z en poids d'étain et 30 Z en poids de plomb. Sur la face extérieure du fond 37a s'appuie un ressort hélicoïdal 39, dont l'autre extrémité est en appui sur un support 40, qui est conducteur et constitue l'un des contacts extérieurs du parafoudre selon l'invention. le support 40 est solidaire d'une plaque 41, qui porte un contact métal lique 42 sur lequel vient s'appuyer l'extrémité de la tige 35. Les deux bornes de connexion du dispositif selon l'in vention sont constitués par les contacts 40 et 42.S'il se présente une surtension sur l'électrode du parafoudre, eeest- à-dire sur le contact 42, il s'établit un arc à l'intérieur d&commat; l'enveloppe 31 entre ladite enveloppe et l'électrode 35a ; le passage de l'arc échauffe l'enveloppe 31 et, ai l'énergie qui traverse le parafoudre est supérieure à un seuil" cet échauffement provoque La fusion de la pastille 38. A ce mo- ment, le ressort 39 pousse l'élément tubulaire 37 vers le contact 42 et l'élément tubulaire 37 se déplace par rapport à l'enveloppe extérieure 31 jusqu't venir en appui sur ledit contact 42.A ce moment, il y a court-circuit entre les deux contacts 40 et 42 et ce court-circuit s'effectue à l'ext6- rieur de l'enveloppe extérieure 31. les figures 7 à 9 représentent un ensemble de pro tection mettant en oeuvre le dispositif selon l'invention, dont le principe a été représenté sur la figure 6. Cet ensemble de protection est entièrement disposé à l'intérieur d'un bottier en matière plastique, qui est constitué d'un corps de boîtier 50 de forme parallélépipédique et d'un couvercle 51 susceptible de s'encliqueter sur le corps 50 grâce à la coopération des ergots 52 avec les orifices d'encliquetage 53. Dans le corps de bottier 5Q, on a mis en place un support constitué d'une plaque de fond 54 et d'une tige 55 perpendiculaire à la plaque 54. La plaque de fond 54 est en appui sur le fond du corps de boîtier 50 et la tige 55 s'étend selon l'axe du corps de bottier en direction du couver- cle 51.De part et d'autre de la tige 55 prennent appui, sur la plaque de fond 54, deux ressorts 56 constitués en bronze, ces ressorts étant disposés entre la plaque de fond 54 et la base d'un élément tubulaire conducteur 57, L'élément tubulaire 57 est un élément cylindrique constitué d'une tôle de laiton, dont la base, qui est en regard du ressort 56, est formée par trois pattes repliées radialement. Le long de trois génératrices disposées à 120 l'une de l'autre, on a prévu sur l'élément tubulaire 57 des bossages longitudinaux 58 qui forment des saillies vers l'in- térieur de l'élément tubulaire 57. L'espace libre entre les trois bossages 58 d'un même élément tubulaire 57 correspond exactement au diamètre extérieur de l'enveloppe extérieure 59 d'un parafoudre bipolaire désigné par 60 dans son ensemble.L'enveloppe 59 est réalisée en acier nickelé et le parafoudre 60 est identique à celui qui a été décrit en détail pour la réalisation de la figure 6 et qui comporte les éléments constitutifs 31, 31a, 31b, 32, 33, 34, 35, 35a et 36. L'enveloppe extérieure 59 comporte sur l'une de ses bases une borne 59a et, du côté de son autre base, une borne 61, qui est constituée par l'extrémité de la tige formant électrode. La borne 59a a une forme cylindrique et, autour de cette borne, on a disposé un anneau 62 réalisé en métal fusible. L'anneau 62 est réalisé en un métal fusible du type de celui dont on a indiqué l'utilisation pour la pastille 38 de la réalisation de la figure 6. L'anneau 62 se trouve entre les pattes de fond de l'élément tubulaire 57 et le fond de l'enveloppe extérieure de l'éclateur 60. La borne 595 est susceptible de passer dans l'espace libre ménagé entre les extrémités des pattes repliées, qui constituent le fond de l'élé- ment tubulaire 57. La borne 61 est en appui sur une plaquette 63 portée par le couvercle 51.Il résulte de cette disposition que l'action du ressort 56 maintient en compression l'anneau 62 entre le fond de l'élément tubulaire 57 et le fond de l'enveloppe extérieure du parafoudre 60. Chacune des deux plaquettes 63 associées à chacun des deux parafoudres 60 de cet ensemhle est liée à une broche à deux tiges 64. L'ensemble de protection qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante : si une surtension arrive sur l'une des broches 64, il s'établit, dans le parafoudre 60 correspondant un arc et, si l'énergie, qui traverse cet éclateur, dépasse un seuil prédéterminé, l'échauffement de l'enveloppe extérieure 59 du parafoudre 60 entraîne la fusion de l'anneau 62 et le déplacement de l'élément tubulaire 57 sous l'action du ressort 56. Pour que l'élément tubulaire 57 puisse se déplacer librement par rapport à l'enveloppe extérieure 59, on a évidé latéralement la tige 55.Lorsqu'à la suite de ce déplacement, l'élément tubulaire 57 vient en appui sur la plaquette 63 correspondante, on établit un courtcircuit entre, d'une part, la broche 64, qui a reçu la surtension, et, d'autre part, la plaque de fond 54 et la broche constituée par la tige 55, qui traverse le couvercle 51 par le trou 55a. Il faut noter que la mise en court-circuit de l'une des broches 64 peut s'effectuer indépendamment de la mise en court-circuit de l'autre. Sur la figure 7, on a supposé que l'un des parafoudres 60 avait subi une surtension provoquant la fusion de l'anneau 62, alors que l'autre parafoudre n'a pas subi une telle surtension. I1 est bien entendu que les modes de réalisation cidessus décrits ne sont aucunement limitatifs et pourront donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Revendications 1 - Dispositif parafoudre destiné notamment à protéger un circuit électronique contre les effets d'une surtension, ledit dispositif comportant un parafoudre constitué dtune 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 ladite enveloppe, caractérisé par le fait que l'enveloppe extérieure (31) est disposée dans un élément tubulaire conducteur (37) élastiquement déplaçable par rapport à elle et en contact électrique avec un pôle du dispositif, ledit élément tubulaire (37) s'appuyant sur un élément fusible (38) et pouvant venir élastiquement, quand l'élément fusible (38) est fondu, en contact électrique avec au moins une électrode (35)contituent tn pôle du dispositif. 2 - Parafoudre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enveloppe extérieure (31) est métallique et constitue un pôle du dispositif. 3 - Parafoudre selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'élément fusible (38) assure le contact électrique entre l'enveloppe extérieure (31) et l'élément tubulaire (37). 4 - Parafoudre selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'élément fusible (38) est métallique. 5 - Parafoudre selon la revendication 4, 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. 6 - Parafoudre selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'enveloppe extérieure (31) ne renferme qu'une seule tige métallique (35) formant électrode. 7 - Parafoudre selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'électrode (35) du parafoudre est en appui sur une première borne de contact (42) du dispositif, que l'élément tubulaire (37) est poussé par un ressort (39) contre l'élément fusible (38), qui s'appuie sur l'envelopppe extérieure (31) et que le ressort (39) précité est maintenu par un support (40), qui est fixe par rapport à la première borne de contact (42) précitée. 8 - Parafoudre selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le support (40) est conducteur et consti- tue une deuxième borne du dispositif. 9 - Ensemble de protection, utilisable notamment en tte d'un câble, caractérisé par le fait qu'il comporte" dans un boîtier, au moins un dispositif parafoudre selon L'une des revendications 1 à 8. 10 - Ensemble selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le boîtier comporte deux dispositifs parafoudres identiques, montés côte-à-côte et susceptibles de se mettre extérieurement en court-circuit indépendamment un de l'autre, le support (54) des ressorts (56) des deux dispositifs étant le même. 11 - Ensemble selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les parafoudres (60) des deux dispositifs de l'ensemble sont bipolaires, que leurs enveloppes extérieures métalliques (59) sont électriquement reliées au support (54) qui constitue une borne commune aux deux dispositifs de l'ensemble, que le boîtier comporte un corps (50) fermé par un couvercle (51) encliquetalbe, que le corps de boîtier (50) renferme les deux dispositifs parafoudre de l'ensemble at, que les deux électrodes (61) sont en appui sur deux broches métalliques (63, 64) portées par le couvercle (51) du boftier, ledit couvercle (51) étant traversé par la borne commune (55) susmentionnée