Parafoudre. La. présente invention concerne un para foudre du type faisant l'objet -du brevet prin cipal, comprenant un bloc poreux de haute résistivité, en forme de disque par exemple, qui fonctionne suivant le principe de -déchar ges au travers de petits pores pour donner un rapport faible du voltage critique de dé charge au voltage d'interruption, et dans le quel le voltage d'interruption n'a pas besoin de dépasser grandement le voltage maximum de la ligne ou de l'appareil à protéger.
Le but de la présente invention est .d'aug menter la capacité de ce genre de parafoudre quant à l'intensité admissible,de courant, at tendu qu'on a trouvé que cette capacité ne peut pas être augmentée indéfiniment en don nant simplement aux blocs ou disques une section transversale plus grande, en raison des difficultés qu'on rencontre dans le pro cédé de leur fabrication et qui rendent quel quefois de grands disques imparfaits et fai bles au point de vue de leurs propriétés mé- caniques. En outre, il est important de main tenir les dimensions du parafoudre aussi pe tites que possible.
Le parafoudre selon la présente invention est caractérisé en ce. qu'en contact avec un bloc poreux est disposée au moins une couche de répartition de décharge, de résistivité électrique inférieure à celle du bloc poreux dans le but d'augmenter la capacité du para foudre quant à l'intensité admissible de cou rant.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de la présente invention.
Fig. 1 est une coupe d'un parafoudre à plusieurs blocs poreux en forme de disque, dont les connexions électriques avec la ligne et avec 'la terre ne sont représentées que schématiquement; Fig. 2 est un diagramme de courbe mon trant la caractéristique de fonctionnement d'un parafoudre ayant une intensité maxi- muni de courant de l'ordre de grandeur (le 1000 ampères, les ampères étant tracés sur l'abscisse, tandis que l'ordonnée représente les volts par pouce;
Fig. 3 est un diagramme de courbe mon trant comment la caractéristique de potentiel d'un disque poreux de parafoudre donné est influencée en faisant varier la résistance, l'abscisse représentant ici les ohms par dis que et l'ordonnée le voltage valeur de pointe.
La fig. 1 montre un parafoudre à blocs poreux en forme de disque (parafoudre du type lamellé) capable de protéger une ligne de transmission de courant alternatif -de 2300 volts contre la terre. Ce parafoudre comprend une pluralité de disques poreux à haute ré sistivité, la, lb,<B>le,</B> la résistivité de chacun de ces disques étant de 1/2 mégohm à 10 mé- gohm par centimètre cube, et le nombre des- dits disques à haute résistivité dépendant de l'ordre de grandeur du potentiel de la ligne à protéger, comme il sera expliqué plus loin;
il comprend aussi des disques .de bout 2a et 2b de résistivité relativement basse, un seul disque étant montré de chaque côté, quoi qu'une pluralité de ces disques, à résistivités différentes puisse être employée pour pour voir à une résistivité graduée, la résistivité de ces disques étant de l'ordre de grandeur de quelques ohms par disque, ou de l'ordre de grandeurs de<B>10'</B> ohms par centimètre cube.
Les différents disques de haute et basse résis tivités sont retenus ensemble au moyen de couches conductrices de ciment 3 pour les maintenir solidement en pile et, en même temps, pourvoir à une conductibilité sur la totalité des surfaces des disques, afin d'effec tuer une répartition égale du courant et à permettre de cette façon aux disques de trans mettre de puissantes décharges de courant sans être percés ou détruits.
Des plaques métalliques de contact 4a et 4b sont disposées .à chaque extrémité de la pile de disques pour égaliser la répartition du courant, ainsi que pour pourvoir à. une bonne surface de contact. En addition à ces plaques métalliques, il est préférable que les disques de bout à basse résistivité 2a et 2b aient une surface clé contact cuivrée pour bien être reliés avec les plaques métalliques .ta et 4b.
Afin d'empêcher des décharges périphé riques sur les disques le long des bords, la périphérie de la pile de disques est munie d'une couche de matière isolante 5. De la laque, par exemple, constitue une bonne iso lation qui ne risque pas de se fendre.
Pour obtenir la couche de résistivité élec trique inférieure mentionnée dans l'introduc tion, les disques à haute résistivité la, lb, le sont imprégnés d'une solution fluide de verre soluble renfermant, mélangée- avec elle, une grande quantité de particules conductrices pulvérisées, telle que de la suie de lampe.
Les disques sont trempés dans ce liquide pendant environ une heure, ce qui suffit pour permettre à la solution de pénétrer dans les disques jusqu'à une profondeur .d'un demi- millimètre ou environ, remplissant les pores, près des surfaces des disques, avec de la suie de lampe conductrice, et donnant à chacun ' cles disques une surface conductrice réalisant une bonne répartition du courant. En même temps, l'effet protecteur des disques n'est pas abaissé, car la pénétration de la solution con ductrice n'est que petite, en comparaison de l'épaisseur totale des disques d'environ 3 millimètres.
Pour cimenter ces disques ensemble, on peut aussi employer un mélange de verre so luble liquide et de suie de lampe, mais qui est plus épais ou moins dilué. Cette couche de ciment 3 pourvoit à une conductibilité ad ditionnelle entre les disques adjacents.
Après que les disques sont assemblés en pile, la solution de verre soluble superflue, qui pourrait adhérer aux bords des disques, peut être enlevée par lavage à l'eau, ou si cela est nécessaire; les bords peuvent être passés à la meule. Les disques assemblés sont ensuite séchés pendant environ six heures à 70 C et alors cuits pendant environ six heures à 150 C.
Bien qu'on n'ait mentionné qu'une com position de verre soluble et de carbone, des solutions ou suspensions de tout autre liquide conducteur peuvent être utilisés avec un suc cès satisfaisant.
Les disques mêmes consistent en une ma tière composite, telle qu'un mélange d'argile calcinée et de carborundum, comme men tionné dans le brevet principal. Des disques convenables peuvent aussi être établis avec des disques de parafoudre fabriqués par la Westinghouse Eleetrie & Manufacturing Company, connus sur le marché sous le nom de disques "Autovalve". Ces disques "Auto valve" sont composés de Kaolin, Carborun dum et de suie de lampe et ont une TéSis- tance initiale de l'ordre de grandeur de deux ohms, pour une section transversale d'envi ron 20 centimètres carrés et une longueur de 3 millimètres.
Pour préparer ceux-ci en vue de leur emploi dans un parafoudre à blocs poreux, on peut, par exemple, les chauffer pour briller ou oxyder la majeure partie de la suie de lampe, en en laissant seulement une petite quantité dans les disques; grâce à quoi la résistance de chaque disque est aug mentée à l'ordre de grandeur de 3'0000 ohms Ces disques traités ont de fins pores, ayant un diamètre moyen d'environ 0,0075 milli mètres et ont une résistivité de l'ordre de grandeur de 2 mégohms par centimètre cube.
La fi-. 3 montre la manière dont le vol tage d'interruption change avec des varia tions dans la résistance de disques du genre envisagé ayant un diamètre de 5 centimètres, fine épaisseur de 3 millimètres et des dia mètres de pore d'environ 0,0075 millimètres. Pour des résistances jusqu'à environ 35'000 ohms par disque, la courbe prend la forme d'une ligne ascendante approximativement droite, ayant une déclivité d'approximative ment .10 volts par mille ohms.
Dans le voi sinage du point correspondant à 35 mille ohms, la courbe commence à s'aplanir de sorte qu'il n'y a pas d'avantage matériel à utiliser des matières de résistivité beaucoup plus él-1- vée. Avec cette résistance de 35 mille ohms par disque, ou environ de 2 mégohms par centimètre aube, une bonne aptitude pour la transmission de courant est assurée. Un seul disque a un voltage d'interruption de 1600 volts comme on peut le voir par la courbe de la fig. 3.
Un seul disque, privé des moyens suivant l'invention pour assurer une bonne répartition de la décharge, déchargera avec sûreté un courant momentané de l'ordre de grandeur de 60 ampères, mais ne pourrait probablement pas laisser passer plus de cou rant sans être détérioré ou percé.
En réunissant les disques à haute résis tance qu'on vient de décrire de façon -à cons tituer une pile, et en pourvoyant à une bonne répartition -de courant entre les surfaces des disques, on obtient une caractéristique telle que celle représentée en fig. 2. Des disques empilés de cette façon conduiront un courant de l'ordre de grandeur de<B>1000</B> ampères. Une pile utilisant trois disques à haute résistance, telle que représentée à la fig. 1, y compris les disques de bout -de résistivité relative ment basse, correspond à un voltage maxi mum d'environ 1'000 volts et à un voltage d'interruption d'environ 3800 volts comme valeur de pointe.
Un parafoudre pareil est capable de protéger une ligne de transmis sion ayant un voltage de 2300 volts en va leur efficace entre la ligne et la terre. Pour obtenir un parafoudre pour des réseaux à voltage plus élevé, un plus grand nombre de disques à haute résistance peut être utilisé ou plusieurs parafoudres élémentaires peu vent être réunis en pile.
Comme d'usage dans les parafoudres de ce genre, le parafoudre est préférablement muni d'une distance explosive 10, comme in diqué à la fig. 1.
Surge arrester. The present invention relates to a lightning arrester of the type which is the subject of the main patent, comprising a porous block of high resistivity, in the form of a disc for example, which operates according to the principle of discharges through small pores for give a low ratio of the critical discharge voltage to the interrupt voltage, and in which the interrupt voltage does not need to greatly exceed the maximum voltage of the line or device to be protected.
The object of the present invention is. To increase the capacity of this type of arrester with regard to the admissible intensity of current, whereas it has been found that this capacity cannot be increased indefinitely by simply giving blocks or disks a larger cross section, because of the difficulties encountered in the process of their manufacture and which sometimes make large disks imperfect and weak from the point of view of their mechanical properties. In addition, it is important to keep the dimensions of the arrester as small as possible.
The surge arrester according to the present invention is characterized in that. that in contact with a porous block is arranged at least one discharge distribution layer, of electrical resistivity lower than that of the porous block in order to increase the capacity of the lightning arrester as regards the admissible current intensity.
The accompanying drawing shows, by way of example, one embodiment of the object of the present invention.
Fig. 1 is a cross section of a surge arrester with several porous disc-shaped blocks, the electrical connections of which with the line and with the earth are shown only schematically; Fig. 2 is a curve diagram showing the operating characteristic of a surge arrester having a maximum current intensity of the order of magnitude (the 1000 amps, the amps being plotted on the abscissa, while the ordinate represents volts per inch;
Fig. 3 is a curve diagram showing how the potential characteristic of a given porous arrester disc is influenced by varying the resistance, the abscissa here representing the ohms per say and the ordinate the voltage peak value.
Fig. 1 shows a disc-shaped porous block surge arrester (laminated type surge arrester) capable of protecting a 2300 volt alternating current transmission line against earth. This arrester comprises a plurality of porous disks with high resistivity, la, lb, <B> le, </B> the resistivity of each of these disks being from 1/2 megohm to 10 megohm per cubic centimeter, and the number of said disks with high resistivity depending on the order of magnitude of the potential of the line to be protected, as will be explained below;
it also comprises end discs 2a and 2b of relatively low resistivity, a single disc being shown on each side, although a plurality of these discs, with different resistivities can be used to see at a graduated resistivity, the resistivity. of these disks being of the order of magnitude of a few ohms per disk, or of the order of magnitude of <B> 10 '</B> ohms per cubic centimeter.
The different disks of high and low resistance are held together by means of conductive layers of cement 3 to hold them securely in a stack and, at the same time, provide conductivity over all of the surfaces of the disks, in order to effect evenly distributing the current and thereby allowing the disks to transmit powerful discharges of current without being punctured or destroyed.
Metal contact plates 4a and 4b are arranged at each end of the stack of disks to equalize the current distribution, as well as to provide for. a good contact surface. In addition to these metal plates, it is preferable that the low resistivity end discs 2a and 2b have a copper key contact surface in order to be well connected with the metal plates .ta and 4b.
In order to prevent peripheral discharges on the discs along the edges, the periphery of the disc stack is provided with a layer of insulating material 5. Lacquer, for example, constitutes a good insulation which does not risk to split.
In order to obtain the layer of lower electrical resistivity mentioned in the introduction, the high resistivity disks 1a, 1b, 1c are impregnated with a fluid solution of water glass containing, mixed with it, a large quantity of pulverized conductive particles. , such as lamp soot.
The discs are soaked in this liquid for about an hour, which is enough to allow the solution to penetrate the discs to a depth of half a millimeter or so, filling the pores near the surfaces of the discs. with conductive lamp soot, and giving each disc a conductive surface providing good current distribution. At the same time, the protective effect of the discs is not lowered, since the penetration of the conductive solution is only small, in comparison with the total thickness of the discs of about 3 millimeters.
To cement these discs together, one can also use a mixture of liquid soluble glass and lamp soot, but which is thicker or less diluted. This cement layer 3 provides additional conductivity between the adjacent discs.
After the discs are assembled into a stack, excess water glass solution, which might adhere to the edges of the discs, can be washed off with water, or if necessary; the edges can be grinded. The assembled discs are then dried for about six hours at 70 C and then baked for about six hours at 150 C.
Although only a composition of water glass and carbon has been mentioned, solutions or suspensions of any other conductive liquid can be used with very satisfactory success.
The discs themselves consist of a composite material, such as a mixture of calcined clay and carborundum, as mentioned in the main patent. Suitable discs can also be made with arrester discs manufactured by the Westinghouse Eleetrie & Manufacturing Company, known commercially as "Autovalve" discs. These "Auto valve" discs are composed of Kaolin, Carborun dum and lamp soot and have an initial resistance of the order of magnitude of two ohms, for a cross section of about 20 square centimeters and a length of. 3 millimeters.
To prepare these for use in a porous block surge arrester, they can, for example, be heated to shine or oxidize most of the lamp soot, leaving only a small amount in the discs; whereby the resistance of each disc is increased to the order of magnitude of 3,000 ohms These treated discs have fine pores, having an average diameter of about 0.0075 milli meters and have a resistivity of the order of of size of 2 megohms per cubic centimeter.
The fi-. 3 shows how the interrupt flight changes with variations in the resistance of disks of the kind contemplated having a diameter of 5 centimeters, thin thickness of 3 millimeters and pore diameters of about 0.0075 millimeters. For resistances up to about 35,000 ohms per disc, the curve takes the form of an approximately straight ascending line, having a slope of approximately 10 volts per thousand ohms.
Near the point corresponding to 35 thousand ohms, the curve begins to flatten out so that there is no material advantage in using materials of much higher resistivity. With this resistor of 35 thousand ohms per disc, or about 2 megohms per centimeter vane, good suitability for current transmission is assured. A single disc has an interrupt voltage of 1600 volts as can be seen by the curve in fig. 3.
A single disc, deprived of the means according to the invention to ensure a good distribution of the discharge, will safely discharge a momentary current of the order of magnitude of 60 amperes, but probably could not allow more current to pass without being damaged. or pierced.
By bringing together the high resistance disks which have just been described so as to constitute a stack, and by providing a good current distribution between the surfaces of the disks, a characteristic such as that shown in FIG. 2. Disks stacked in this way will conduct current in the order of <B> 1000 </B> amps. A stack using three high resistance discs, as shown in FIG. 1, including the relatively low resistivity tip disks, corresponds to a maximum voltage of about 1,000 volts and an interrupt voltage of about 3800 volts as a peak value.
Such a surge arrester is able to protect a transmission line having a voltage of 2300 volts from their effective between the line and the earth. To obtain a surge arrester for higher voltage networks, a larger number of high resistance disks can be used or several elementary surge arresters can be assembled in a stack.
As is customary in surge arresters of this kind, the surge arrester is preferably provided with an explosive distance 10, as shown in FIG. 1.