Brevet FR2495827A1 — publié le 19820611

PARAFOssJDRE A GAZ L'invention a trait aux parafoudres l gaz, encore dits "Bclateurs" insérés dans les circuits pour les protéger contre les surtensions. Les parafoudres de ce genre sont, en général, constitués d'une enceinte fermée à l'intérieur de laquelle se trouvent en présence des électrodes qui sont chacune reliées aux p6les sous tension. L'écartement des électrodes est réalisé de façon que si la tension dépasse un seuil appelé tension d'amorçage, un arc s'établit entre les électrodes. Le passage de l'arc se traduit par une brutale chute de tension entre les électrodes, la tension résiduelle pendant le passa de l'arc étant appelée "potentiel d'extraction" des électrons hors de la cathode. En outre, ces parafoudres doivent avoir t tension d'extinction relativement éleve pour que l'arc établi dtsparaisse dès que la surtension a disparu. Afin d'abaisser la tension d'amorçage, on a déjà prés dans des parafoudres de ce genre, de mettre en place à une extrémité d'électrode, à l'intérieur de l'enceinte, ua mate- riau fritté constitué de baryum et d'aluminium et dénommé "baral". Ce matériau a la propriété d'abaisser la tension d'amorçage et le potentiel d'extractlon des parafoudres mais présente un certain nombre d'inconvénients. En particulier, on n'obtient pas, dans la pratique, une constance dans le temps de la valeur de la tension d'amorçage. Afin de remédier à cet inconvénient et d'obtenir un parafoudre ayant une tension d'amorçage sensiblement constanl et également dans le but d'obtenir un potentiel d'extinction élevé, la déposante a déjà proposé un parafoudre comportant une enceinte fermée comprenant au moins deux électrodes qui i trouvent vis-à-vis, ladite enceinte étant remplie d'un gaz inerte et renfermant un matériau, destiné notamment à réduire la tension d'amorçage du parafoudre, ce matériau étant mis ei place sous forme d'une pastille formant en quelque sorte une cale entre les électrodes. Ce matériau comporte au moins un halogénure d'au moins un élément pris dans le groupe formé par le sodium, le baryum, le potassium, le strontium, le lithium et le calcium.On a ainsi pu obtenir des parafoudres dans lesquels la tension d'amorçage est maintenue constante. En particulier, les parafoudres à enceinte métallique ainsi réalisés donnent toute satisfaction. On a cependant constaté que, lorsque ce perfectionnement est mis en oeuvre dans les parafoudres ayant une enceinte en céramique à très haute teneur en alumine, par exemple pour des céramiques à 95 % d'alumine, les produits émissifs utilisés, c'est-à-dire les halogénures susnentionnés, réagissent, contre toute attente, sur l'alumine qui constitue la céramique, cette réaction se produisant soit de façon très lente à température ambiante, soit de façon rapide au moment du passage de l'arc. Les caractéristiques de ces parafoudres vont donc varier en fonction du temps et au cours de la mise en service. On a déjà proposé, dans un certain nombre de demandes de brevet antérieures (DEOS 2 431 236 - 2 346 174 - 2 602 569), de tracer un trait conductif sur la face interne de la céramique pour constituer un point d'amorçage de l'arc, de façon à aboutir à une stabilisation des caractéristiques du parafoudre dans le temps. Une telle solution n'est cependant pas parfaite car le positionnement du trait conductif est relativement délicat et un mauvais positionnement risque de mettre le parafoudre en court-circuit ou tout au moins hors normes. La présente invention se propose de remédier à ces divers inconvénients et de développer un parafoudre à gaz du type ayant une enceinte en céramique, notamment en céramique à forte teneur en alumine, avec au moins deux électrodes disposées en vis-à-vis à l'intérieur de ltenceinte, ladite enceinte contenant un matériau comprenant au moins u1 halogénure de sodium, de baryum, de potassium, de strontiun, de lithium ou de calcium, parafoudre qui conserve des caractéristiques constantes dans le temps et, notawnentS une tension d'amorçage constante. L'invention se propose également de réaliser un tel parafoudre dn façon simple et peu onéreuse. La présente invention a, en conséquence, pour objet le produit industriel nouveau que constitue un parafoudre comportant une enceinte fermée en céramique, notamment en céramique à forte teneur en alumine, avec à l'intérieur de l'enceinte au moins deux électrodes disposées en vis-à-vis, ladite enceinte étant remplie d'un gaz inerte et renfermant un matériau destiné, notasment, à réduire la tension d'amor çage du parafoudre, ledit matériau comprenant au moins un halogénure d'au moins un élément pris dans le groupe formé par le sodium, le baryum, le potassium, le strontium, le lithium et le calcium, caractérisé par le fait que la paroi interne de ladite enceinte en céramique est recouverte d'une fine couche de verre. De préférence, la couche de verre a un épaisseur comprise entre 2 et 10 microns. De façon particulièrement avantageuse, la couche de verre peut être mise en place en utilisant une poudre de ver re mise en suspension dans un support fluide : on recouvre la surface intérieure de l'enceinte à l'aide de cette suspension, puis on recuit le tout à une température supérieure à celle de la fusion du verre avant de laisser refroidir l'e ceinte. Dans l'état ae la technique, on connait déjà dus par foudres d gaz, dont l'enceinte est réalisée en verre ; mais ces parafoudres ont l'inconvénient d'être détruits par le passage prolongé d'un arc entre les électrodes en raison de la fusion d verre par l'élévation de température due au pas sage de l'arc. Au contraire, le parafoudre selon l'invention ne présente pas cet inconvénient car, si la couche de verre qui recouvre l'intérieur de l'enceinte est portée à la fusio par le passage de l'arc, elle ne s'écoule pas et est retenue par les aspérités de la céramique, cette dernière maintenant la résistance mécanique de l'enceinte. D'autres avantages et caractéristiques de l'inventif apparaitront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel la figure unique représente une vue en coupe transversale d'un parafoudre selon l'invention. Dans l'exemple représenté, le parafoudre est un parafoudre bi-polaire de type classique constitué d'une enceinte cylindrique (1) réalisée en une céramique de très haute qualité et de très haute résistance du type usuellement utilisé pour les parafoudres à enceinte en céramique. Une telle céramique contient 95 70 d'alwnine, par exemple. A l'intérieur de l'enceinte (1) sont disposées deux électrodes (2,3) en fer-nickel > ayant une forme de coupelle dont les deux fonds s'étendent parallèlement entre eux à une distance h. Les bords périphériques des deux électrodes en coupelle (2,3j sont hermétiquenent scellés (en 4,5) contre les bords correspondants de enceinte (1) de façon à déterminer à l'intérieur de l'enceinte et entre les électrodes un espace (5). Dans l'espace intérieur (5) du parafoudre règne une atmosphère contrôlée qui comprend, par exemple, 90 % d'argon et 10 % d'hydrogène en volume, la pression de ce gaz de remplissage, au moment du remplissage, étant, par exemple, de 200 millibars absolus. En outre, dans L'espace (5), se trouve une certaine quantité de matière constituée d'halogénures alcalins. -------------- . Cette matière peut se présenter sous forme d'une pastille (6) ------------------ - ----------------------- initialement intercalée entre les faces planes voisines des électrodes (2,3) et destinée à être pulvérisée par le passage d'un arc entre les électrodes. Conformément à l'invention, la paroi interne de l'en- ceinte (1) est recouverte d'une mince couche de verre (7) ayant, par exemple, une épaisseur de 5 microns environ. Cette couche de verre (7) s'étend sans discontinuité sur la totalité de la surface interne de l'enceinte (1) en contact avec l'atmosphère gazeuse. La couche de verre n)est mise en place sur l'enceint (1) avant le montage du parafoudre en projetant de la poudre de verre en suspension dans un support fluide.------------- ~-------------------------- Une fois la surface ainsi reve- tue, on recuit le tout à une température supérieure à la tem pérature de fusion du verre utilisé, ce qui permet la formation d'une fine couche de verre continue. Une fois l'enceinte revêtue de la couche de verre (7) on fixe d'abord l'électrode (3) dans l'enceinte (1) et, après avoir fait le vide, l'on introduit l'atmosphère gazeux à 200 millibars absolus dans le volume intérieur de l'encein On fixe ensuite l'électrode (2) et on procède, de façon usue le, au scellement, pour obtenir à l'intérieur de celle-ci un volume hermétiquement fermé. Avant de mettre l'électrode (2) en place, on insère la pastille (6), cette pastille se trouvant ensuite prise entre les deux extrémités des deux électrodes (2,3), dont elle règle l'écartement. On vDlatise ensuite la pastille par passage d'un arc entre les électrodes. Les essais ont permis de montrer qu'un tel parafoudr du type non destructif, conserve d'une façon étonnante ses caractéristiques à des valeurs extrêmement stables dans le temps, malgré plusieurs fonctionnements produisant l'établis sement d'un arc entre les électrodes, et ceci meme si la température, qui règne dans l'enceinte au passage de l'arc, est fortement supérieure à la température de fusion du verre. Cette constatation étonnante provient probablement du fait que, lors du passage de l'arc, le verre des couches (7 et 9) entre en fusion mais demeure accroché à la surface de l'alumine en continuant à former une couche protectrice, qui se resolidifie après l'arrêt de l'arc, au cours du refroidissement du parafoudre. Cette propriété peut également être mise à profit pour soumettre le parafoudre, pendant sa fabricatia à des traitements thermiques à des températures dépassant nettement la température de fusion du verre, par exemple pour effectuer des brasures ou des scellements à chaud. A titre exemple, on a réalisé un tel parafoudre ayant les dimensions suivantes - distance h entre les électrodes : 0,8 un - hauteur A de l'enceinte : 5 mm - diamètre interne de l'enceinte : 7 min - épaisseur de la couche (7) : 5 microns Les caractéristiques de ce parafoudre sont les sui vantes Tension d'amorçage statique : 230-270 volts Tension d'amorçage dynamique (onde de 1 000 volts parr s) : inférieure à 800 volts Ecoulement en courant alternatif : 10 ampères On a constate que ces caractéristiques se maintiennent constantes dans le temps en l'absence de passage d'arc, que le parafoudre soit dans le noir ou à la lumière, et restent également pratiquement constantes,mEme après le passage d2un arc. Il est bien entendu que le mode de réalisation cidessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à tourte modification désirable, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Revendications 1 - Parafoudre comportant une enceinte fermée en cé ramique, nDtamment en céramique à forte teneur en alumine, avec, à l'intérieur de l'enceinte, au moins deux électrodes disposées en vis-à-vis, ladite enceinte étant remplie d'un gaz inerte et contenant un matériau destine, notamment, à réduire la tension d'amorçage du parafoudre, ledit matériau comprenant au moins un halogénure d'au moins un élément pris dans le groupe formé par le sodium, le baryum, le potassiwn, le strontium, le lithium et le calcium, caractérisé par le fait que la paroi interne de ladite enceinte en céramique (1) est recouverte d'une fine couche de verre (7). 2 - Parafoudre selon la revendication 1, caractérise par le fait que l'épaisseur de la couche de verre (7) est suffisamment faible pour que, si ladite couche est amenée à sa température de fusion par le passage 9'un arc entre les électrodes (2,3), elle reste néanmoins en place sur la céramique. 3 - Parafoudre selon la revendication 2, caractérise par le fait que l'éraisseur de la fine couche de verre (7) est comprise entre 2 et 10 microns. 4 - Parafoudre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la fine couche de verre (7) est mise en place par projection, sur la surface intérieure de l'enceinte (1), d'une poudre de verre mise en suspension dar un fluide, ladite poudre venant constituer la fine couche de verre (7) après avoir été portée à une température supérieur à la fusion. du verre.