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" DISPOSITIFS SELECTIFS A DECHARGE.
La présente invention a trait aux dispositifs à décharge électri- que fonctionnant par ionisation de vapeurs métalliques dans une enceinte dans la- quelle on a fait le vide, et qui soit caractérises par leur réponse rapide aux tensions anormales, par leur faible impédance de décharge au cours du fonctionne- -ment et par leur retour rapide à l'état normal dès que la surtension s'est dé- chargée* Le but de l'invention consiste à prévoir un dispositif à décharge dont la réponse présente un certain caractère de sélectivité pour les surtensions tran- sitoires.
Le terme tension transitoire, appliqué à une perturbation ou à une décharge, a été utilisé ici pour désigner toute perturbation électrique ca- ractérisée par une variation relativement élevée de tension, d'origine atmosphé- r
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rique par exemple, telle que la foudre, ou encore les aidée à front raide con-
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tre lesquelles le système doit tre protégé, sta Il est désirable que les dispositifs & décharge utilisée contre les surttll1sions et généralement désignée sous le nom de parafoudres, ne puissent fonctionner quand la tension de la li- gne ou celle de l'appareil auquel Il$ sont connectés, s'élève au-dessus de la tension normale dans les limitee de sécurité,
mais qu'ils provoquant au contai' re la décharge efficace de toute tension transitoire avait que cette dernière ait pu endommager la ligne ou les appareils à protéger*
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Conformément à l'invention, la Compagnie demanderesse a prévu des parafoudres (ce terme désignant tout dispositif prévu contre les surtension ayant des caractéristiques telles que les surtensions transitoires se déchar- gent m%e quand elles sont intérieures à la tension normale du système, tandis qu'elles demeurent non conductrices aux tensions doubles de la tension normal*
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ou m1Jme plus élevées, à la fréquence normale ou lorsqu'il s'agit de variations normales de la tension* Ces caratériatiques, en apparence incompatibles, dérivant du mode de construction de l'appareil dans lequel la surtension,
ou tout phénomène à fréquence anormale, provoque une ionisation locale sur l'une des électrodes qui agit came un élément d'amorçage de la décharge.
On comprendra mieux les caractéristiques Nouvelles et les avants- ges de l'invention @n se référant à la description suivante et aux dessins qui
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l'accompagnant, donnés simplement à titre d* exemple non limitatif, et dans les- quels :
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La 9ig*1 est une vue en élévation, partie an coupe,, de la forme prhférée de réalisation de l'invention, l'appareil était connecté entre un am- ducteur à protéger et la terre*
Les Fig-2 et 9 sont des élévations, partie en coupe, de variantes de l'invention*
Les Fig. 3 à 8 sont des représentations schématiques des divers circuits dans lesquels l'appareil peut titre utilisa*
L'appareil représenté Fig. 1 comporte une enveloppe 2 en verre,
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en silice f#duI, ou au toute autre matière appropn4e.
Il comporte des éleo- % ode8 cylindeiquas 3 et 4, mon te as sur les conducteurs 5 et 6 dont les axtri- mités respectives sont b4mi-spUriquene Les conducteurs 5 et 6 sont scellés
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dans les pieds 7 et 8 à la manière habituelle* Une connexion appropriée al@ lant aux électrodes 3 et 4, qui sont en métal creux, en cuivre ou nickel par exemple,, est représentée en 9 pour l'électrode 4. Les branches 10 des sup- porte 11 sont fixées par soudure électrique ou de toute autre manière au con- ducteur 6 et à l'électrode 4. Dans l'exemple représenté Fig.l, les électrodes 3 et 4 sont écartées d'environ 0,5 cm. à 2,5 cm., cet écartement dépendant des conditions de fonctionnement.
Un cylindre 12 en verre, silice, ou autre diélectrique approprié, entoure les électrodes 3 et 4 et estfixé sur elles- Sur la face externe du cylindre 12 sont montés des conducteurs métalliques 13 et 14 adjacents aux électrodes, et constituant avec celles-ci et avec le diélectrique interposé des éléments de condensateurs* Sur les conducteurs 13 et 14 se trouvent les électrodes auxiliaires 15 et 16 passant au travers du cylindre 12.
Ces élec- trodes auxiliaires, prévues sous forme de fils, viennent se terminer très près de l'extrémité de l'électrode opposée avec laquelle les électrodes res- pectives auxiliaires sont couplées par capacités*
Les électrodes, les conducteurs, l'enveloppe et touseles autres éléments de l'appareil, sont entièrement vides de gaz, ayant été traitées par les méthodes de dégazage bien connues et les gaz de l'intérieur de l'envelop- pe sont à une pression si basse que toute ionisation du gaz résiduel est im- possible au cours d'une décharge électrique entre les électrodes 3 et 4.
Au cours du fonctionnement de l'appareil, une décharge s'amorce momentanément sous forme de décharge purement électronique se transformant en un arc par ionisation de la vapeur du métal provenant de l'électrode* Les électrodes principales 3 et 4 sont connectées dans le circuit électrique à protéger, re- présenté ici par le conducteur 18 et la terre en 19-
Pour simplifier l'explication, on ne décrira que les phénomènes concernant une paire d'électrodes, mais il est bien évident que ces phéno- mènes sont les mêmes pour l'autre paire d'électrodes, sous réserve de changer le signe du potentiel,.
Quand une onde à front raide par exemple ou une déchar- ge transitoire quelconque parcourt le conducteur 18, elle élève le potentiel de l'électrode principale 3; l'électrode pilote 16, adjacente à la précéden- te , reste pendant un temps très court à son potentiel initial, du fait de la capacité existant entre elle et l'électrode 4* La tension entre l'électrode principale et l'électrode pilote 16 s'accroît alors pour atteindre une valeur n
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suffisamment élevée pour provoquer une décharge entre ces deux électrodes.
Cette décharge ou étincelle a une très faible énergie, mais elle eet suffi- sante pour réaliser l'amorçage, en abaissant l'impédance de l'espace compris entre les électrodes principales 3 et 4.
L'exemple suivant peut être donné comme illustrent particulière- ment un dispositif analogue à celui décrit, dans lequel la distance prinoipa- le entre électrodes est d'environ 1 cm. et les distances auxiliaires entre chacune de* électrodes pilotes et une électrode principale d'environ 1/2 mm.
Les capacités par lesquelles les électrodes pilotes sont respectivement cou- plées aux électrodes principales sont de l'ordre de 20 microfarads. La tenskin de claquage antre les électrodes principales est d'environ 70.000 volts ou plus, pour des potentiels alternatifs stables ou ayant la fréquence normale.
Cependant , tous l'action des électrodes pilotes, une onde à front raide de 20.000 volts provoque la décharge dans l'espace principal, entraînant la pro- duction d'un arc à vapeur métallique à basse tension qui décharge complète- ment l'onde à front raide-
L'avantage de ce mode de construction sur les modèles non pour- vus d'électrodes auxiliaires consiste en ce que les électrodes principales peuvent être séparées par une plus grande distance pour une tension donnée, permettant ainsi un plus grand facteur de sécurité pour la fréquence normale de la ligne! tandis que la sensibilité de l'appareil aux ondes à front raide, dépendant de l'écartement antre les électrodes auxiliaires et les électrodes principales associées,
peut être considérablement accrucy il est donc possi- ble de réaliser un parafoudre qui plisse être connecté directement entre une ligne à haute tension et la terre, et qui soit insensible aux variations de tension sur la ligne atteignant le double de la valeur normale, mais qui fonctionne sous l'influence de surtension ou d'ondes à front raide sur la li- g@le, élevant la tension de la dite ligne de 50% seulement.
L'espace compris entre les électrodes principales est de préfé- rance choisi de telle manière, par rapport à la tension et à la self induc- tion de la ligne et des appareils à protéger que l'arc s'éteint après avoir déchargé l'onde à front raide, avant qu'aucun courant de puissance de valeur appréciable provenant de la ligne et des appareils à protéger n'ait pu pren- dre naissance. On a trouve qu'il était aussi pratique et satisfaisant d'uti-
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liser un écartement entra électrodes, tel que le courant de la ligne traverse le parafoudre pendant le reste de l'alternance au cours de laquelle l'onde à front raide apparaît, mais que ce courant s'annule à la fin de cette demi-pé- riode.
Dans la Fig. 3, le dispositif conforme à l'invention est représent en 21 entre les deux conducteurs 22 et 23. Au lieu d'une capacité prévue dans l'appareil, la figure représente deux condensateurs 24 et 28 disposés, dans les circuits extérieurs 26 et 27 respectivement,, more l'électrode auxiliaire 15 et l'électrode principale 4, les électrodes auxiliaires 16 et principale 3
Dans certains oas, il est avantageux de prévoir aussi une résis- tance élevée permettant d'égaliser le potentiel des condensateurs 25 et 24.
De telles résistances mt été représentées sur la Fig. 4 en 28 et 29' Des résistances inductives peuvent être utilisées, comme représenté en 30 et 31 e sur la pied. 60
Dans certains cas, il est également avantageux d'employer, au lieu des capacités représentées Fig. 1, 3, 4 et 6, une ligne auxiliaire ten- due parallèlement à la ligne principale, de maniera à prévoir une capacité répartie suffisante et une self-induction, comme on peut la voir en 32 et 33 sur la Fig. 7.
Dans ce cas, des résistances élevées 35 et 36 peuvent être placées en série respectivement avec les conducteurs auxiliaires* Dans cer- tains cas, on peut omettre la capacité, les électrodes auxiliaires étant con- nectées par l'intermédiaire de résistances élevées, avec les électrodes prin- cipales opposées, comme représenté en 37 et 38 sur la Fig. 5. Ces résistances sont de préférence du type connu sous le nom de thyrite décrit dans le brevet belge N 352.309 du 22 Juin @928.
A@@rs que, dans la plupart des cas, il est possible de connecter les tubes à décharge, objets de l'invention, directement entre la ligne et la terre, comme le représente la Fig.l, une distance d'éclatement peut être dis.. posée en série avec ce dispositif, dans certains cas, pour obtenir une pro- tection additionnelle. Un tel dispositif est représenté Fig. 8 dans laquelle le tube à décharge 21 est connecté entre les conducteurs 40 et 41 , en série a- veo l'espace compris entre les anneaux 42 et 43 qui sent séparés par les iso- -lateura 44.
Une onde à front raide entre les lignes 40 et 41 amorce la dé- charge entre les anneaux 42 et 43, provoquant ainsi un accroissement de po- tentiel entre les électrodes prinolpaihes et les électrodes auxiliaires, et
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une décharge dans le tube 21, comme on l'a décrit précédemment. les électrodes principales, de préférence arrondies, ce=* la représente la Fig. 1, peuvent être cependant construites nous d'autres formes.
La Fige± représente une variante dans laquelle les électrodes principales 43 et 44 sont platée et supportées aux extrémités opposées d'une plaque ou d'une feuil- @e de diélectrique 45 en verre, quartz ou autre matière appropriée* Dons cette plaque 45 est pratique, en 46, un orifice qui permet le passage de la décharge principale* Les électrodes principales 43 et 44 et les électrodes auxiliaires 47 et 48 peuvent être fixées à la plaque 45, au moyen de boulons et de supporta isolants 49-50* La structure de ces Isolateurs et des parties adjacentes est misa en évidence par la coupe visible 49.
La plaque de verre 45 présente des saillies 51 et 52 se logeant dans des logements de l'une des pièces 53 consistant en une matière diélectrique telle que la lava ou l'alumine fondue* La pièce 54 de l'iso- lateur est pressée contre la pièce 53 par un boulon 55 qui fixe ensemble les deux parties par l'intermédiaire des éoroua 56 et 57 et des rondelles 58 et 59 appro- priées* Les électrodes 43 et 48 scat maintenues en position contre la plaque de verre 45 par les deux pièces de l'isolateur du fait du serrage des écrou 56 et 57.
Dans certains cas, 11 est avantageux de séparer les plaques du conducteur Intérieur par un espace vide. Cette construction est représentée Fig.9 Les électrodes principales 3 et 4 sont supportées par des parties tubulaires 61 et 62, à l'intérieur desquelles est placé un recouvrement conducteur ou une feuil- le de métal constituant une plaque du condensateur, comme représenté en 63. Au- tour des supporta 61 et 62 est disposé un tube 64 sur lequel sent supportées ou déposées, les électrodes correspondantes des condensateurs intérieurs, l'un d'en- tre aux étant représenté en 65.
A noter que l'espace vide,, aussi bien que les couches de diélectrique solide sont Interposés entre les plaques des capacités intérieures. Dans cette figure, le tube à décharge est connecté antre une ligne 18 et la terre 191 mais, dans ce cas, on a prévu une résistance 66 dans le air- cuit de terre. Cette résistance peut être en t@yrite, oonme on l'a dit plus haut.
Bien qu'on ait représenté et décrit plusieurs formes de réalisa- %ion de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particulières, données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère res- trictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et marna @
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objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient celle elles dans le cadre de l'invention*