Brevet FR2574589A1 — publié le 19860613

DISPOSITIF DE MISE EN COURT-CIRCUIT EXTERIEUR DE FAIBLE ENCOMBREMENT. L'invention est relative à un dispositif parafoudre pour la protection d'un circuit contre une surtension, dispositif du genre de ceux qui comprennent une enveloppe métallique extérieure délimitant une enceinte contenant un gaz inerte et constituant une première électrode, et au moins une tige métallique formant une autre électrode, pénétrant à l'intérieur de l'enveloppe, des moyens d'étanchéité isolants étant prévus entre la tige et l'enveloppe pour fermer cette dernière, ce dispositif parafoudre comportant en outre des moyens pour mettre en court-circuit les électrodes lorsque la quantité d'énergie que doit écouler le parafoudre dépasse un seuil prédéterminé, ces moyens de mise en court-circuit comprenant au moins un élément fusible. On sait qu'un tel dispositif parafoudre est utilisé en particulier pour la protection de circuits électroniques et d'installations téléphoniques. La mise en court-circuit du parafoudre permet d'assurer une protection efficace des circuits auxquels on évite d'être soumis à des surtensions susceptibles de les détruire. Diverses solutions ont été proposées, jusqu'à ce jour, pour réaliser les moyens de mise en court-circuit des électrodes. Le document EP-0027061 montre un dispositif parafoudre de ce genre dans lequel les moyens de mise en court-circuit comprennent un organe métallique élastique porté par l'enveloppe extérieure du parafoudre. Bien que les moyens de mise en court-circuit proposés jusqu'a ce jour donnent, très souvent, des résultats satisfaisants, il est souhaitable de les améliorer, notamment en réduisant leur encombrement et en établissant un bon contact de court-circuit entre les électrodes. L'invention a pour but, surtout, de fournir un dispositif parafoudre qui réponde mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et qui, notamment, comporte des moyens de mise en court-circuit moins encombrants et établissant un bon contact de court-circuit. Selon l'invention, un dispositif parafoudre du genre défini précédemment est caractérisé par le fait que les moyens de mise en court-circuit comprennent des moyens de réception du liquide provenant de la fusion de l'élément fusible, ces moyens de réception étant propres à retenir le liquide de manière qu'il forme une nappe établissant un contact électrique entre la tige métallique et l'enveloppe, ledit élément fusible étant réalisé en une matière conductrice de l'électricité. Avantageusement, les moyens de réception sont prévus à l'extérieur de l'enveloppe métallique. Ces moyens de réception sont de préférence formés par une coupelle métallique comprenant une paroi cylindrique entourant l'enveloppe extérieure et liée électriquement à cette enveloppe, et un fond transversal qui comporte une ouverture pour le passage de la tige métallique, le bord de cette ouverture entourant la tige a une certaine distance de telle sorte que ladite coupelle soit, normalement, isolée électriquement de la tige, un espace annulaire étant ainsi défini entre le fond transversal de la coupelle et les moyens d'étanchéité isolants, l'élément fusible étant disposé dans cet espace et étant normalement isolé électriquement de l'une des deux pièces constituées par la coupelle et la tige métallique ; la masse de l'élément fusible est choisie de telle sorte que la nappe de liquide issue de l'élément fusible lorsqu'il a fondu, établisse un contact électrique entre la tige métallique et la coupelle. L'élément fusible peut être constitué par une rondelle en matière fusible enfilée autour de la tige métallique. Selon une première possibilité, cette rondelle métallique est directement en contact avec le fond transversal de la -coupelle, tandis que le bord de l'ouverture centrale de la rondelle est écarté radialement de la tige métallique ; lors de la fusion de l'élément fusible, la nappe de liquide contenu dans la coupelle atteint le niveau de la tige métallique pour établir le contact de mise en court-circuit. Selon une autre possibilité, la rondelle est montée serrée sur la tige métallique et est isolée du fond- transver sal de la coupelle métallique par une feuille de matière isolante, notamment une feuille de matière synthétique à haut pouvoir d'isolement telle que celle connue sous le nom commercial de "mylar" ; le bord extérieur de la rondelle est écarté radialement vers l'intérieur de la paroi périphérique de la coupelle. Dans ce cas également, la nappe de liquide issue de la fusion de l'élément fusible établit le contact entre la coupelle et la tige métallique. Cette solution permet de créer un éclateur à air en prévoyant une feuille de matière isolante perforée entre la rondelle et le fond transversal de la coupelle ; un tel éclateur à air peut assurer une protection encore satisfaisante même si une détérioration de l'étanchéité du parafoudre rendait ce dernier inopérant. Le jeu annulaire entre la tige et le bord de l'ouver- ture du fond transversal de la coupelle est suffisamment faible pour retenir le liquide par effet de ménisque à l'intérieur de la coupelle ; ce jeu peut être de l'ordre de 1 mm. Le dispositif parafoudre peut être du type tripolaire et comporter trois électrodes à savoir la premièreXélectrode formée par ladite enveloppe métallique extérieure, et deux autres électrodes formées par des tiges métalliques alignées, mais écartées l'une de l'autre, ces tiges pénétrant dans l'en- veloppe extérieure par chacune de ses extrémités ouvertes, des moyens d'étanchéité étant prévus, à chaque extrémité de l'enveloppe, entre cette dernière et les tiges métalliques dans un tel dispositif tripolaire, les moyens de mise en court-circuit conformes à l'invention, et tels que décrits précédemment, peuvent être prévus entre chaque tige métallique et l'enveloppe extérieure, notamment à chacune des extrémités de ladite enveloppe. L'invention consiste, mises à part les dispositions expcsées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos de modes de réalisation particuliers décrits avec référence au dessin ci-annexé, mais qui ne sont nullement limitatifs. La figure 1, de ce dessin, est une coupe longitudinale d'un dispositif parafoudre conforme à l'invention. La figure 2 représente, à plus petite échelle, le montage des moyens de mise en court-circuit sur le dispositif parafoudre de la figure 1. La figure 3 est une vue suivant la ligne III-III figure 1 des moyens de mise en court-circuit dans leur état normal, c'est-à-dire que l'élément fusib-le est à l'état solide. La figure 4, montre, semblablement à la figure 3, les moyens de mise en court-circuit alors que l'élément fusible a fondu et se trouve à l'état liquide. La figure 5 montre en coupe longitudinale, sembla blement à la figure 1, une variante de réalisation des moyens de mise en court-circuit, dans leur état normal. La figure 6, enfin, montre le dispositif de la figure 5 alors que l'élément fusible a fondu. En se reportant au dessin, notamment aux figures 1 et 2, on peut voir un dispositif parafoudre D pour la protection d'un circuit contre une surtension. Ce dispositif comprend une enveloppe métallique extérieure 1 délimitant une enceinte 2 contenant un gaz inerte sous pression réduite ; ce gaz peut être de l'argon et la pression est très inférieure à la pression atmosphérique. Dans l'exemple représenté, l'enveloppe 1 est constituée par un cylindre métallique comportant un fond transversal la dans la zone centrale duquel se trouve une tige extérieure lb qui constitue une première borne du parafoudre, l'enveloppe 1 constituant la première électrode. Une tige métallique 3 formant une autre électrode, pénètre à l'intérieur de l'enveloppe. La tige 3 est de préférence coaxiale au cylindre formant l'enveloppe 1. L'extrémité 3a de la tige 3, située à l'intérieur de l'enveloppe 1, a un damètre un peu plus important et constitue la deuxième électrode proprement dite. Des moyens d'étanchéité 4 isolants sont prévus entre la tige 3 et l'enveloppe 1 pour fermer l'ex- té té ouverte de cette dernière ; ces moyens- d'étanchéité 4 peuvent comprendre une perle de verre ou analogue. Le dispositif parafoudre D comporte, en outre, des moyens C de mise en court-circuit des électrodes 1 et 3 lorsque la quantité d'énergie que doit écouler le parafoudre dépasse un seuil prédéterminé, notamment lorsque ce parafoudre est soumis à une surtension. Ces moyens de mise en court-circuit comprennent au moi-ns un élément fusible 5. Selon l'invention, les moyens de mise en courtcircuit C comprennent des moyens de réception R du liquide 6 (figure 4) provenant de la fusion de l'élément fusible 5, ces moyens de réception R étant propres à retenir le liquide 6 de manière qu'il forme une nappe établissant un contact électrique entre la tige métallique 3 et l'enveloppe 1, ledit élément fusible 5 étant réalisé en une matière conductrice de l'électricité ayant une température de fusion relativement basse, par exemple de l'ordre de 1000 C. Les moyens de réception C sont avantageusement prévus à l'extérieur de l'enveloppe 1 et comprennent une coupelle ou capsule métallique 7 notamment réalisée en acier inoxydable. Cette coupelle comprend une paroi cylindrique 7a entourant l'enveloppe extérieure 1 contre laquelle elle est serrée de manière à établir un contact électrique ; la coupelle 7 comporte en outre un fond transversal 7b muni d'une ouverture 8 pour le passage de la tige métallique 3. Le bord de cette ouverture 8 entoure la tige 3 à une certaine distance radiale i de telle sorte que la coupelle 7 est, normalement, isolée électriquement de la tige 3. Un espace annulaire 9 est défini entre le fond transversal 7b de la coupelle 7 et la face en regard 10 des moyens d'étanchéité 4. L'élément fusible 5 est disposé dans cet espace 9.Cet élément fusible 5 est avantageusement formé par une rondelle 11 en matière fusible enfilée autour de la tige métallique 3. Selon la réalisation des figures 1 et 2, la rondelle 11 est directement en contact avec le fond tranversal 7b de la coupelle 7. La périphérie extérieure de la rondel-le 11 est en contact avec la surface interne de la coupelle 7 qui assure le centrage de ladite rondelle. Le bord 12 de l'ouverture centrale 13 de la rondelle est écarté radialement de la tige métallique d'une distance h lorsque l'élément, fusible 5 n'a pas subi de fusion. La masse de l'élément fusible 5 et le volume de l'espace 9 dans lequel est placé cet élément fusible 5 sont choisis de telle sorte que lors de la fusion de l'élément 5, la nappe de liquide contenue dans la coupelle 7 atteint le niveau de la tige métallique 3 pour établir le contact de mise en court-circuit. Selon la représentation de la figure 4, le niveau 14 de la nappe de liquide est situé au-délà de la tige 3, dent la section transversale est-completerent entourée par le liquide. Le contact est donc établi, par le liquide, entre ladite tige 3 et l'enveloppe I éventuellement par l'intermédiaire de la coupelle 7. Ainsi, lorsque l'on dit que la nappe de liquide établit un contact électrique entre la tige métallique 3 et l'enveloppe 1, il faut comprendre que le contact est établi soit directement entre lesdites pièces, soit indirectement en passant par une pièce intermédiaire, en l'occurrence la coupelle 7, elle-même en contact électrique avec la pièce qui ne serait pas directement au contact du liquide. La distance radiale i entre le bord de l'ouverture 8 de la coupelle 7 et la tige 3 est suffisamment réduite pour que le liquide provenant de la fusion de l'élément 5 ne puisse sortir par ce jeu en raison de -l'effet de ménisque produit par la tension superficielle. Ce jeu i peut être de l'ordre de 1 mm. Le montage des moyens de mise en court-circuit est particulièrement simple, comme illustré sur la figure 2. Il suffit d'enfiler la rondelle 11 autour de la tige 3 puis la coupelle 7 autour de l'enveloppe 1 avec un léger serrage, la rondelle 11 se trouve automatiquement centrée à l'intérieur de la coupelle 7 et serrée entre le fond 7b et les moyens d'étanchéité 4-. De tels moyens de mise en court-circuit d'un encombrement réduit peuvent être montés sur un dispositif parafoudre existant. Le fonctionnement du dispositif des figures 1 et 2 résulte immédiatement des- explications qui précèdent. Lorsque le parafoudre 1 est soumis à une surtension et doit assurer l'écoulement d'une quantité d'énergie supérieure à un seuil déterminé, un échauffement de l'enveloppe 1 se produit. Cet échauffement tranmis à l'élément fusible 5 provoque la fusion de ce dernier qui passe de l'état représenté à la figure 3 à l'état de nappe liquide représenté à la figure 4. Le contact de mise en court-circuit est alors établi entre la tige 3 et l'enveloppe 1 par la nappe de liquide et, éventuellement, par la coupelle 7. Les figures 5 et 6 représentent une variante de réalisation selon laquelle l'élément fusible 5 est constitué par une rondelle 11a montée serrée sur la tige métallique 3. Cette rondelle lia est appliquée, d'un côté, contre les moyens d'étanchéité 4. De l'autre côté, la face transversale de la rondelle lla est isolée électriquement du fond 7b de la coupelle 7 par une feuille 15 de matière isolante, notamment une feuille de matière synthétique à haut pouvoir d'isolement telle que celle connue sous le nom commercial de "mylar".Cette feuille 15, d'une épaisseur de quelques centièmes de millimètres, est avantageusement munie de perforations 16 de manière à former un éclateur à air entre la rondelle 11a et lue fond 7b. Dans le cas où, par suite d'un défaut d'étanchéité des moyens 4, l'enceinte 2 ne serait plus sous une pression réduite de gaz inerte, le parafoudre 15 serait rendu inopérant l'éclateur à air formé entre la rondelle lia et le fond 7b prendrait alors le relais du parafoudre normal pour assurer une protection encore satisfaisante. Cet éclateur à air peut assurer, par exemple, une protection à partir d'un seuil de tension de l'ordre de 1 kilovolt. La périphérie extérieure de la rondelle lla est écartée radialement vers l'intérieur de la paroi cylindrique 7a de la coupelle 7 de manière à être isolée, normalement, de cette dernière. Le fonctionnement du dispositif de la figure 5 est semblable à celui de la figure 1. En cas d'échauffement du parafoudre produit par une surtension, la rondelle lia fond, et le liquide 6, issu de l'élément 5 se rassemble sur-la partie inférieure de la paroi cylindrique 7a de la coupelle 7 et établit un contact électrique entre cette coupelle e-t la tige 3 noyée dans le liquide comme montré sur la figure 6. Le dispositif parafoudre, comme illustré sur les figures du dessin, est de préférence disposé avec son axe sensiblement horizontal. Il est possible, cependant, de pré- voir des moyens de réception du liquide issu de l'élément fusible 5 de telle sorte que le dispositif parafoudre puisse être disposé avec son axe nettement incliné, éventuellement vertical. Le dispositif parafoudre représenté sur le dessin est un dispositif du type bipolaire comprenant deux électrodes respectivement 1 et 3. Il est clair que les moyens de mise en court-circuit de l'invention peuvent être utilisés sur un dispositif para foudre tripolaire qui serait constitué par une enveloppe métallique 1 ouverte à ses deux extrémités ; une tige métallique telle que 3 serait introduite à chaque extrémité de l'en- veloppe 1, des moyens d'étanchéité 4 étant prévus entre chaque tige et chaque extrémité ouverte de l'enveloppe- 1, les deux tiges, coaxiales, étant écartées l'une de l'autre à ltintérieur de l'enveloppe 1. Le cas échéant, des moyens d'étanchéité isolant pourraient être prévus entre le bord 8 de l'ouverture de la coupelle 7 et la tige 3 pour fermer l'espace i au liquide 6. REVENDICATIONS 1. Dispositif parafoudre comprenant une enveloppe métallique extérieure délimitant une enceinte contenant un gaz inerte et constituant une première électrode, et au moins une tige métallique formant une autre électrode, pénétrant à l'intérieur de l'enveloppe, des moyens d'étanchéité isolants étant prévus entre la tige et l'enveloppe pour fermer cette dernière, ce dispositif parafoudre comportant en outre des moyens pour mettre en court-circuit les électrodes lorsque la quantité d'énergie que doit écouler le parafoudre dépasse un seuil prédéterminé, ces moyens de mise en court-circuit comprenant au moins un élément fusible, caractérisé par le fait que les moyens de mise en court-circuit (C) comprennent des moyens de réception (R) du liquide (6) provenant de la fusion de l'élément fusible (5), ces moyens de réception (R) étant propres à retenir le liquide (6) de manière qu'il forme une nappe établissant un contact électrique entre la tige métallique (3) et l'enveloppe (1, 7), ledit élément fusible (5) étant réalisé en une matière conductrice de l'élec- tricité. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de réception (R) sont prévus à l'extérieur de l'enveloppe métallique (1). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens de réception (R) sont formés par une coupelle métallique (7) comprenant une paroi cylindrique (7a) entourant l'enveloppe extérieure 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément fusible (5) est constituée par une rondelle (11, lla) en matière fusible enfilée autour de la tige métallique (3). 5. Dispositif selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que la rondelle métallique (11) est directement en contact avec le fond transversal (7b) de la coupelle (7), tandis que le bord (12) de l'ouverture centrale (13) de la rondelle (11) est écarté radialement de la tige métallique, et, lors de la fusion de l'élément fusible, la nappe de liquide (6) contenuedans la coupelle (7) atteint le niveau de la tige métallique (3) pour établir le contact de mise en court-circuit. 6. Dispositif selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que la rondelle (1 la) est montée serrée sur la tige métallique (3) et est isolée du fond transversal (7b) de la coupelle métallique (7) par une feuille (15) de matière isolante, notamment une feuille de matière synthétique à haut pouvoir d'isolement, le bord extérieur de la rondelle (lia) étant écarté radialement vers l'intérieur de la paroi périphérique (7a) de la coupelle (7), la nappe de liquide issue de la fusion de l'élément fusible (5) établissant le contact entre la coupelle (7) et la tige métallique (3). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la feuille de matière isolante (15) comporte des perforations (16) de telle sorte qu'un éclateur à air soit formé entre la rondelle (lia) et le fond 7b) de la coupelle (7), cet éclateur à air permettant d'assurer une protection encore satisfaisante même si le parafoudre est rendu inopérant. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que l'épaisseur de la feuille de matiè-re isolante est de l'ordre de quelques centièmes de millimètres. 9. Dispositif selon la revendication 3 ou selon l'ensemble de la revendication 3 et de l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé par le fait que la coupelle est en acier inoxydable.