Brevet FR2530879A1 — publié le 19840127

La présente invention se rapporte à des ensembles de protection contre les surtensions, pour protéger des lignes de téléphone et de communication de conditions de surtension et de courant en excès,et elle se rapporte plus particulière- ment à des ensembles perfectionnés de protection contre les surtensions ayant des caractéristiques améliorées secondaires ou d'appoint pour protéger les appareils auxiliaires. On sait former des protecteurs de ligne ou ensembles de protection contre les surtensions, o est incorporé un tube à décharge de gaz à cathode froide qui comprend deux électrodes espacées par un isolateur tubulaire et contenant un espace pour la formation de l'arc avec une atmosphère de gaz l'entourant On sait également que de tels tubes de gaz ont quelquefois un mauvais fonctionnement, et ce mauvais fonc- tionnement est très difficile à détecter parce que le circuit électrique qu'ils connectent continue à fonctionner de façon normale Ainsi D il est prudent de prévoir un système éclateur "d'appoint" ou redondant, car un joint rompu ou rupture sem- blable d'un tube scelléà arc n'est pas facile à détecter mais modifie les caractéristiques de formation de l'arc dans l'appareil. Une forme d'une protection supplémentaire est indiquée dans le brevet US No 3 755 715 du 28 Août 1973 Là, une boulette pouvant fondre, est placée pour répondre à un courant excessif en fondant et en mettant la ligne en court-circuit avec la masse Malheureusementg un tel circuit pouvant fondre ne répond pas à des courants et tensions excessifs appliqué pendant des périodes relativement courtes de temps Des tentatives pour remédier à ces capacités de réponse relativement lentessont indiquées dans le brevet US 04 e 241 374 du 23 décembre 1970 et le brevet US No 4 208 694 du 17 Juin 1980 Là, un espace supplémentaire de formation de l'arc est prévu, en ajoutant une coupe métallique ayant une partie décalée, espacée d'une électrode du tube à gaz par un matériau isolant De même, des joints toriques et des composés d'étanchéité sont utilisés dans des tentatives pour isoler l'espace de formation de l'arc, des conditions ambiantes non souhaitées et des agents contaminants Ainsi, il y a une trop forte augmentation de la complexité et du prix de la structure de l'ensemble. Par conséquent, la présente invention a pour objet un ensemble perfectionné de protection contre les surtensions. La présente invention a pour autre objet un ensemble de protection contre les surtensions ayant une meilleure capacité de formation de l'arc La présente invention a pour autre objet une redondance perfectionnée d'espace de formation de l'arc dans un ensemble de protection contre les surtensions La présente invention a pour autre objet un ensemble de protection contre les surtensions ayant une meilleure capacité de formation de l'arc avec une complexité et un prix réduits des composants. Ces objets et d'autres encore sont atteints, selon un aspect de l'invention, par un ensemble de protection contre les surtensions ou une cage ayant des doigts élastiques et contenant un tube à gaz à cathode froide qui est scellé, avec un espace primaire pour la formation de 1 'arc,est placée coulissantedans un organe formant logement tubulaire métallique. Des premier et second organes électriquement conducteurs séparés par un isolant ayant un certain nombre de trous formant des espaces secondaires de formation de l'arc, sont placés- pour contacter le tube de gaz et les doigts élastiques respectivement, afin de former des espaces primaire et secondaires connectés en parallèle de formation de l'arc, les espaces de formation de l'arc étant isolés des conditions ambiantes et des agents contaminants. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de l'invention, apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une forme préférée d'un ensemble de protection contre les 2530879- surtensions selon l'invention -; la figure 2 est une vue fragmentaire agrandie et éclatée du moyen d'isolement de la figure 1, illustrant un mode de formation de l'espace de l'arc la figure 3 est une vue fragmentaire, agrandie et éclatée du moyen isolant de la figure 1 montrant un autre mode de formation de l'espace de l'arc. La présente invention sera maintenant décrite en se référant aux dessins joints. En se référant à la figure 1 des dessins, un système d'installation de protection de ligne 5 comprend une bloc en matériau diélectrique 7 ayant un trou cylindrique 9 Un organe métallique 11 est noyé dans le bloc 7 et il comprend' une partie interne filetée 13 normalement connectée à la masse du circuit De même, un organe métallique de contact. et placé au fond du trou cylindrique 9 et il sert à permettre un contact électrique avec un appareil électrique associé (non représenté). Au système d'installation de protection de ligne 5 est associé un ensemble de protection contre les surtensions 17 qui comprend un organe formant logement tubulaire en métal 19 ayant une partie de base en forme de coupe 21 qui s'étend jusqu'à une partie à bride 23 s'étendant vers l'extérieur Une partie extérieurement filetée 25 de l'organe formant logement 19 est placée immédiatement adjacente à la partie à bride 23,et elle estbonnectée à un organe formant paroi 27 qui s'étend vers l'extérieur. Dans l'organe formant logement tubulaire 19 est monté coaxialement un ressort de compression 29 dont une extrémité porte contre la surface interne de la partie de base en forme de coupe 21 Un organe formant cage en métal qui est électriquement conducteur 31, comprend une partie plane et circulaire de contact 3 avec des doigts élastiques et circon- férentiellement espacé 35 quis'étendent vers l'extérieur, ayant des parties extrêmes arquées 37 L'organe formant cage 31 est placé coulissant dans l'organe formant paroi 27 de l'organe formant logement 19 afin de permettre un contact de la partie plane et circulaire 33 avec le ressort de compression 29 De même, l'organe formant paroi 27 ex une force de compression sur les doigts élastiques 35 en une quantité telle qu'une partie des doigts élastiques 35 s'étend vers l'extérieur de l'organe formant paroi 27 de l'organe formant logement 19. Dans la partie plane et circulaire 33 de l'organe formant cage en métal 31 est disposée une boulette de soudure 39 qui l-a contacte Un tube scellé de gaz à cathode froide 41 est immédiatement adjacent et en contact avec la boulette de soudure 39 Le tube 41 comprend des première et seconde électrode disposées face à face 43 et 45, respec- tivement, qui sont séparées par un isolant tubulaire en céramique 47 auquel sont hermétiquement scellées les première et seconde électrodes 43 et 45, en brasant, soudant ou par touteautre technique bien connue Les électrodes 43 et 45 s'étendent vers l'intérieur de lisolant en céramique 47 et elles comprennent deux surfaces planes et espacées 49 et 51 respectivement, qui forment un espace primaire 53 de formation del'arc placé dans une atmosphère gazeuse. Le tube de gaz scellé à cathode froide 41 est placé dans l'organe formant cage 31 avec sa première électrode 43 en contact avec la boulette de soudure 39 A l'extrémité opposée du tube 41, la seconde électrode 45 est en contact avec un premier organe électriquement conducteur et sensible- ment circulaire 55 ayant une protubérance ou cylindre 57. s'étendant axialement, formé pour un contact avec l'organe de contact 15 du système de protection de ligne 5 Un moyen isolant 59 est disposé entre le premier organe conducteur 55 et un second organe électriquement conducteur 61 Par ailleurs, le second organe conducteur 61 est en contact avec les parties extrêmes arquées 37 des doigts élastiques 35 de la cage en métal 31 qui le maintiennent en place. Comme on peut mieux le voir sur la vue éclatée de la figure 2, le moyen isolant 59 isole électriquement les premier et second organesconducteurs 55 et 61 respectivement; l'un de l'autre, et il comprend une ouverture centrale 63 ainsi qu'un certain nombre de trous circonférentiellement espacés 65 Ces trous espacés 65 forment des espaces d'air qui servent d'espace secondaire de formation de l'arc entre les premier et second organes conducteurs 55 et 61 e Plus particulièrement, sur la figure 2 est illustré un moyen isolant 59 sousforme d'une pastille 67 d'un matériau isolant, par exempleune matière plastique comme du Mylar, ayant une épaisseur de l'ordre de 0,2032 à 0,254 mm Cette pastille 67 a une ouverture centrale 63 formée pour un engagement télescopique sur la protubérance axiale 57 de l'organe circulaire et conducteur 55 La pastille 67 comprend les trous 65 ci-dessus mmentionnés qui servent d'espace secondaire de formation de l'arc, et un manchon 69 en un matériau isolant est également en contact télescopique avec la protubérance 574 pour isoler électriquement les premier et second organes conducteurs 55 et 61 l'un de l'autre. Alternativement, le moyen isolant 59 de la figure 3 peut avoir la forme d'une structure 71 Jen matériau isolant ayant une partie sensiblement plane 73 avec un certain nombre de trous circonférentiellement espacés 75 et une partie dressée 77 avec une ouverture centrale 79 D'une facon semblable au mode de réalisation de la figure 2, le moyen isolant 59 sépare électriquement les premier et second organes conducteurs-55 et 61, et les trous 75 servent d'espaces secondaires de formation de l'arc entre eux Ainsi, les espaces d'air formant ces espaces secondaires sont isolés des agents contaminantsambiants et conditions ambiantes qui ne sont pas souhaitables. En ce qui concerne le fonctionnement, on peut facilement voir que l'espace primaire 53 de formation de l'arc dans le tube à gaz et les espace secondaires entre les premier et second organes conducteurs 55 et 61 sont connectés en parallèle entre l'organe de contact 15 qui est relié au potentiel de ligne et l'organe formant logement 19 relié à la masse du circuit Les espaces secondaires entre les premier et seconde organes conducteurs 55 et 61 sont formés pour avoir une tension de rupture supérieure à la tension de rupture de l'espace primaire 53 tant que l'herméticité du tube à gaz 41 est maintenue Lorsque le joint hermétique du tube à gaz 41 fait défaut, la tension de rupture des espaces secondaires devient inférieure à la tension de rupture de l'espace primaire 53 Ainsi, une protection est obtenue, même si il y a rupture du tube à gaz 41. De plus, une condition prolongée d'excès de courant sur la ligne, par exemple provoquera une chaleur excessive en une quantité suffisante pour forcer la boulette de soudure 39 a fondre Ensuite, le ressort de compression 29 exerce une force, sur la partie plane 33 de l'organe formant cage 31, en une quantité suffisante pour forcer l'organe formant cage 31 à avancer et les parties extrêmes arquées 37 à contacter l'organe métallique de contact 15 Par suite, on obtient une connexion directe entre l'organe de contact et l'organe formant logement tubulaire à la masse 19. Ainsi, on forme un espace primaire de formation de l'arc avec des espaces secondaires connectés en parallèle, ce qui donne une protection redondante de l'appareil électrique associé De même, la protection est obtenue même lors d'une rupture du tube rempli de gaz et même si l'on ne sait pas que ce tube est en panne ou rompu Par ailleurs, la boulette de soudure offre encore une protection supplémentaire dans le cas d'unê condition d'excès de courant persistant pendant longtemps Il est important que la protection secondaire utilise des structures supplémen- taires inhibant les effets de l'environnement, ce qui permet d'éliminer ou au moins de réduire les agents contaminants ambiants. Dans certainesapplications, on peut ne pas employer la boulette de soudure 39, dans ce cas, le moyen de contact dans la cage pour engager la première électrode 43 sera la partie plane 33. R E V E N D I C A T ION S 1 Ensemble de protection contre les surtensions caractérisé en ce qu'il comprend - un organe formant logement métallique tubulaire ( 19); une cage électriquement conductrice ( 31) placée dans ledit organe formant logement et ayant des doigts élastiques s'étendant vers l'extérieur ( 35) en engagement coulissant avec ledit organe formant logement; un moyen de contact ( 39) dans ladite cage un tube à gaz à cathode froide hermétiquement scellé ( 41) avec des première ( 43) et seconde ( 45) électrodes espacées par un isolant ( 47)formant un espace primaire de formation de l'arc, ledit tube étant placé dans ladite cage avec ladite première électrode en contact avec ledit moyen de contact; un premier organe électriquement conducteur ( 55) contactant la seconde électrode dudit tube dans ladite cage un moyen isolant ( 59) à ouverture centrale ( 463) ayant un certain nombre de trous circonférentiellement espacés ( 65) à proximité dudit premier organe conducteur; et un second organe électriquement conducteur ( 61) placé adjacent audit moyen isolant et retenu par lesdits doigts élastiques et en contact avec eux dans ladite cage, ainsi lesdits trous circonférentiellement espacés forment des espaces secondaires de formation de l'arc entre les premier et second organes conducteurs 2 Ensemble selon la revendication 1,caractérisé en ce que l'organe formant logement tubulaire précité comprend une partie de base ( 21) et une partie tubulaire filetée ( 25) avec un organe formant ressort ( 29) placé dans ladite partie tubulaire entre et en contact avec ladite partie de base et la cage, ainsi ladite cage est axialement chargée par ressort dans ledit organe formant logement. 3 Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cage électriquement conductrice précitée comprend une partie de base sensiblement circulaire ( 33) contactant ledit organe formant ressort, et en ce que les doigts élastiques ( 35) de la cage comprennent un certain nombre de doigts élastiques circonférentiellement espacés qui s'étendent perpendiculairement à ladite partie de base. 4 Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de contact précité dans la cage est une boulette fusible. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trous circonféréntiellement espacés précités des moyens isolants précités forment des espace d'air entre les premier et second organes électriquement conducteurs, lesdits espaces d'air étant obturés par rapport aux agents contaminants extérieurs. 6 Ensemble selon la revendication 1,caractérisé en ce que les espaces secondaires précités de formation de l'arc dudit ensemble sont électriquement en parallèle avec l'espace primaire de formation de l'arc du tube à gaz précité. 7 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen isolant précité comprend une pastille en matière plastique ( 65) d'une épaisseur de l'ordre de 0,2032 à 0,254 mmplacée entre les premier et second organes électriquement conducteurs précités. 8 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les espaces secondaires précités de formation de l'arc ont une tension de rupture qui est supérieure à la tension de rupture de l'espace primaire du tube à gaz à cathode froide qui est hermétiquement scellé et qui est plus faible que la tension de rupture dudit espace primaire lors d'une rupture du joint hermétique du tube à gaz.