Brevet FR2575871A1 — publié le 19860711

La présente invention concerne un paratonnerre à décharge couronne impulsionnelle intermittente. On connaît déjà, par le EP-A-60756, un para- tonnerre qui est équipé d'un générateur de potentiel élevé (de l'ordre de 10 à 60 kV). Celui-ci est relié d'une part à la terre, d'autre part à la pointe du paratonnerre au moyen d'un câble conducteur. Lorsque le générateur de potentiel est mis en marche - ce qui peut se faire automatiquement par détection du champ électrique ambiant (annonceur d'orage) - il se produit une ionisation de l'air au voisinage de la pointe du paratonnerre, tandis que le câble est parcouru par un courant électrique. On obtient ainsi autour de la pointe une zone de plasma d'air ionisé accompagnée ou non de petites aigrettes lumineuses. Ce phénomène est connu sous le nom de décharge couronne. La zone de plasma d'air ionisé possède une conductivité électrique considérablement supérieure à celle de l'air ambiant si bien que cette zone favorise la décharge de la foudre en la canalisant, améliorant par conséquent l'efficacité et le rayon d'action du paratonnerre. Dans ce paratonnerre connu, le câble conduc- teur reliant le générateur de potentiel à la pointe est l'âme d'un câble coaxial dont le blindage constitue un second conducteur reliant la pointe à la terre par l'intermédiaire d'un éclateur placé près de la pointe. En cas de coup de foudre, l'éclateur devient conducteur et le courant de décharge de la foudre est dérivé par ce second conducteur, en évitant le générateur de poten- tiel (qu'il aurait pu détériorer sans cet arrangement). Par contre, le plasma formé a tendance à diminuer l'effet de pointe, donc l'intensité du champ électrique au voisinage immédiat de la pointe du paratonnerre; les aigrettes sont de taille réduite, voire inexistantes. L'invention se propose d'améliorer ce type de paratonnerre en minimisant, voire même en supprimant le plasma formé à son extrémité active, de manière à favoriser le développement de longues aigrettes. En effet le champ électrique nécessaire à la propagation des aigrettes étant environ cinq fois plus faible que le champ nécessaire à leur formation, le paratonnerre se mettra en action pour des précurseurs de foudre plus éloignés que le paratonnerre de la technique antérieure. Le résultat est atteint, conformément à l'in- vention, par le fait que le paratonnerre comprend un circuit pour abaisser périodiquement le potentiel de la pointe à une valeur insuffisante pour le maintien de la décharge couronne,de manière à produire une décharge couronne impulsionnelle intermittente. En effet, on a observé que la première impulsion d'une décharge qui se propage dans le milieu gazeux non perturbé par une décharge couronne fonctionnant en régime permanent donne, pour un potentiel donné, des aigrettes plus longues et plus nombreuses qu'une décharge établie de façon stable. C'est pourquoi, selon l'invention, on réalise un régime de fonctionnement intermittent. Un générateur d'impulsions peut permettre d'atteindre ce résultat, mais est relativement diffi- cile à mettre en oeuvre. On propose dans une forme de réalisation préférentielle de l'invention d'obtenir un effet équivalent en introduisant dans le circuit de montage du paratonnerre, une résistance de très grande valeur, par exemple comprise entre 10 et 1000 mégohms, avantageusement de quelques centaines de mégohms. Cette résistance forme avec la capacité parasite existant entre la pointe et la terre un circuit de type RC(qui, de façon plus générale, pourrait être de type LRC) qui va engendrer des variations périodiques de haute tension à la pointe du paratonnerre. En outre, la présence de cette résistance va d'une part limiter la consommation et augmenter l'autonomie du générateur de potentiel et d'autre part le protéger contre les coups de foudre en dérivant le courant de décharge de la foudre vers l'éclateur, d'autant plus efficacement que sa valeur sera plus élevée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description et des dessins annexes qui présentent un mode de réalisation préférentiel de l'invention. la figure 1 est un schéma de la partie électrique du paratonnerre; la figure 2 représente le circuit électrique équivalent au schéma de la figure 1. Le paratonnerre représenté comprend de manière connue, une pointe effilée conductrice 1 (par exemple.conique) et un générateur de potentiel 2. Ce dernier est relié électriquement d'une part à la terre T, d'autre part à la pointe 1 par un câble conducteur 3. Le conducteur 3 est l'âme d'un câble coaxial dont le blindage, c'est-à-dire la gaine extérieure conductrice 4, est reliée électriquement d'une part directement à la terre T, d'autre part, via un éclateur 5, à la pointe 1. Cet éclateur est par exemple du type décrit dans le EP-A-60756 précité. Conformément à l'invention, le paratonnerre est pourvu d'une résistance de valeur élevée, désignée par 6, interposée sur le conducteur 3 entre le géné- rateur 2 et la pointe 1 auprès de laquelle elle est placée. Le circuitéquivalent représenté à la figure 2 comprend l'éclateur de protection A, le circuit de charge B et le circuit de décharge C. Tout d'abord, la pointe 1 est reliée au générateur de potentiel 2 par la résistance 6 de valeur R; à partir d'une certaine tension présente à la pointe, correspondant à l'apparition de l'effet corona, ce circuit va se refermer vers la terre par l'impédance équivalente Z de l'atmosphère ambiante. Le courant cir- culant alors dans cette maille correspond au courant créé au voisinage de la pointe. La capacité en parallèle avec le générateur présentée par le cible coaxial 3, 4 est de l'ordre de à 100 pF par mètre de câble, et intervient peu dans le fonctionnement électrique du dispositif, en régime permanent. L'éclateur 5 est équivalent à un condensateur en parallèle avec une résistance variable et une induc- tance montées en série. Cette branche a été représentée en traits interrompus, pour mémoire, car sa fonction s'exerce seulement au moment du coup de foudre alors qu'au contraire l'arrangement qui fait l'objet de l'invention intervient avant le coup de foudre, pour, au moment voulu, favoriser la canalisation de la foudre vers le paratonnerre et augmenter le rayon d'action de celui-ci avec un maximum d'efficacité. Enfin, la référence 7 désigne la capacité parasite existant entre la pointe et la masse (cette masse est en fait répartie, la fermeture du circuit s'effectuant de façon diffuse); celle-ci est de l'ordre du picofarad, par exemple 5 pF. Elle pourra être éventuellement modifiée par la position de la résis- tance 6 et/ou par une capacité additionnelle, soit augmentée pour accroître l'énergie dissipée dans les impulsions de décharge, inhérentes au fonctionnement de celle-ci, soit réduite pour assurer la chute de tension à la pointe nécessaire au désamorçage de la décharge. Lorsque le générateur 2 se trouve - manuellement ou automatiquement - mis en fonctionnement, la capacité C vient se charger par le courant du géné- rateur traversant la résistance R; le seuil d'appa- rition de l'effet corona n'étant pas encore atteint, l'impédance Z peut en effet être considérée comme quasi- ment infinie (absence de flux d'air ionisé). Lorsque ce seuil est atteint, la capacité C est déchargée brusque- ment dans l'impédance Z, provoquant une brève ionisation de l'air au voisinage de la pointe du paratonnerre. On notera que cette ionisation et le courant qu'elle induit dans le paratonnerre sont temporaires, la résistance R étant trop élevée pour permettre une circulation permanente de courant dans l'impédance Z, comme c'était le cas pour les paratonnerres ionisants de la technique antérieure. Ici, au contraire, le cou- rant permanent qui transiterait par l'impédance Z en l'absence de phénomène de relaxation a une valeur négli- geable par rapport au courant de décharge de la capa- cité C. Une fois la décharge désamorcée, la capacité 7 se recharge à travers R, et le cycle recommence de manière périodique. La valeur R de la résistance 6 est avanta- geusement de quelques centaines de mégohms, par exemple de 400 M Q. La capacité C est de l'ordre du picofarad, par exemple de 5 pF. La constante de temps RC du circuit est alors de 2.10 3s, ce qui donne une fréquence d'impul- sions possible de 500 Hz environ (la gamme préféren- tielle est comprise entre quelques centaines de Hertz et le kilohertz). Le potentiel (par rapport à la terre) produit par le générateur 2 est compris entre quelques kilovolts et quelques dizaines de kilovolts, voire même quelques centaines de kilovolts. Ce générateur est du même type que celui utilisé pour un paratonnerre ionisant à régime de décharge permanent. Les valeurs sont données à titre indicatif mais nullement limitatif de la portée de la présente invention. Notamment, la constante de temps RC de recharge de la capacité C à travers la résistance R doit être optimisée, c'est-à-dire suffisante pour assurer entre deux réamorçages de la décharge un drainage des ions suffisant pour supprimer leur influence diminuant le champ électrique à la pointe du paratonnerre, mais cependant pas trop grand pour ne pas prolonger inutile- ment les périodes d'inactivité du paratonnerre entre les réamorçages successifs. Dans l'exemple de réalisation de paratonnerre qui vient d'être décrit, on a adapté l'invention à un paratonnerre de type existant, en utilisant la capacité parasite pointe-terrepréexistante. Il va de soi que si on adapte l'invention à un autre type de paratonnerre ionisant, on pourra ajuster la géométrie de l'électrode active ainsi que les valeurs et le positionnement des composants du circuit, de manière à obtenir les caracté- ristiques recherchées. 257 5871 REVENDICATIONS 1. Paratonnerre à décharge couronne compor- tant une pointe reliée électriquement à un générateur de potentiel élevé et produisant une ionisation de l'air à son extrémité, caractérisé par un circuit agencé pour abaisser périodiquement le potentiel de la pointe à une valeur insuffisante pour le maintien de la décharge couronne, de manière à produire une décharge couronne impulsionnelle intermittente. 2. Paratonnerre selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit est un circuit de type LRC, de préférence RC, dans lequel la résistance R (6) est montée en série avec le générateur de potentiel élevé (2) et la capacité C (7) est constituée par la capacité parasite du paratonnerre répartie entre sa pointe et la terre. 3. Paratonnerre selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur R de la résistance (6) est choisie pour que la constante de temps RC soit comprise entre 0,1 et 1 milliseconde. 4. Paratonnerre selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que le générateur de potentiel élevé (2) est relié d'une part à la terre et d'autre part à la pointe (1) au moyen d'un câble coaxial dont le blindage externe (4) est également relié à la pointe (1) par l'intermédiaire d'un éclateur (5) et relié à la terre par son extrémité opposée à la pointe (1).