Appareil à éclateur pour décharge électrique. La présente invention a pour objet un appareil à éclateur pour décharge électrique, qui peut, par exemple, être établi pour per mettre le passage de courants de haute fré quence à des voltages égaux ou inférieurs à celui de courants de fréquence normale, tout en permettant aussi le passage de courants de voltages élevés à une fréquence quelconque.
Les appareils à éclateur pour décharge électrique, tels qu'ils s'emploient comme para foudre, comportent, dans une construction connue, deux électrodes de décharge princi pales et une électrode auxiliaire disposée entre celles-ci et reliées à elles par l'inter médiaire d'éléments à impédance de nature dissimilaire, de sorte que pendant que le po tentiel de l'électrode auxiliaire est maintenu sensiblement au potentiel du champ électro statique adjacent, à la fréquence normale, il est amené à changer à toute autre fréquence en raison des chutes de potentiel dissimilaires dans les deux éléments à impédance pro duites par le changement de fréquence.
L'appareil à éclateur pour décharge élec- trique qui fait l'objet de cette invention com porte, en combinaison avec deux électrodes de décharge principales, une électrode auxi liaire placée à proximité des deux électrodes principales et y reliée par des éléments à impédance de nature dissimilaire, 'et il se distingue par le fait qu'il comporte encore un éclateur à étincelles auxiliaire mis en parallèle avec l'élément à impédance reliant l'électrode auxiliaire à l'une des électrodes de décharge principales. De cette faon, oie peut obtenir que le potentiel de l'électrode auxiliaire soit élevé sensiblement au poten tiel de l'une des électrodes de décharge ou davantage quand l'éclateur à étincelles auxi liaire entre en fonction.
L'éclateur à étincelles auxiliaire peut être pourvu d'une garde protectrice établie de ma nière à protéger ses électrodes et l'espace intermédiaire entre elles contre la pluie, afin de maintenir en tout temps sensiblement le même voltage de rupture de décharge, car on sait que le potentiel de décharge d'un entrefer ou éclateur à étincelles varie avec les conditions atmosphériques, en ce sens qu'il est considérablement plus faible quand les électrodes de l'entrefer ou éclateur sont mouillées que quand elles sont sèches.
Les fig. 1, 2, 3 et 4 du dessin annexé montrent, schématiquement et à titre d1exem- ple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention, tandis que la fig. 5 montre également à titre d'exemple, mais plus en détail, une autre forme d'exécution ressem blant au point de vue électrique à celle de la fig. 4 et à laquelle on donne la préférence.
La fig. 1 montre un fil de ligne 6 relié à une électrode de décharge principale 7 en forme de corne, avec laquelle est combinée, comme dans un parafoudre à cornes; une autre électrode de décharge principale en forme de corne 8, reliée à la terre 9 par l'in termédiaire d'un parafoudre électrolytique 10, pouvant aussi être reliée directement à la terre.
Une électrode auxiliaire 11 est disposée entre les électrodes en corne 7, 8 et elle est reliée à l'électrode en corne 7 par une réac tance inductive 12 et une réactance capaci- tive ou condensateur 13 connectées en série, et à un éclateur à étincelles auxiliaire 14 mis en parallèle avec les réactances 12, 13, alors que de l'autre côté, elle est connectée par une réactance capacitive ou condensateur 15 avec l'électrode de décharge principale 8. L'éclateur à étincelles auxiliaire 14 comporte deux électrodes sphériques 16, 17 recouvertes par une garde protectrice 18 destinée à les protéger contre la pluie.
L'électrode auxiliaire 11 est disposée dans la partie du champ électrostatique intermé diaire entre les électrodes de décharge 7, 8 qui est du même potentiel qu'un point de connexion lla entre le condensateur 15, d'une part, et le condensateur 13 et la réactance inductive 12 d'autre part.
En supposant que le point de connexion 11a est maintenu à un potentiel moyen entre les potentiels des électrodes de décharge 7, 8 par le moyen des. condensateurs 13, 15 et de la réactance inductive 12, il est désirable que la longueur de l'entrefer entre les élec trodes de l'éclateur 14 soit telle que son voltage de rupture de 'décharge à l'état sec soit égal à, la moitié du voltage de rupture de décharge à l'état humide de l'éclateur formé par les électrodes de décharge 7, 8.
Dans ces conditions, une perturbation dans le potentiel normal et un état de fréquence anormale amèneront une diminution de la chute de potentiel relative en travers du con densateur 15, obligeant ainsi le potentiel de l'électrode auxiliaire 11 à se rapprocher de celui de l'électrode de décharge 8 et ayant pour effet que sensiblement tout le potentiel de la ligne 6 soit appliqué en travers de l'in tervalle d'air entre les électrodes 7 et 11 et, par suite, en travers de l'éclateur auxiliaire 14 relié en parallèle avec ledit intervalle d'air.
Comme le voltage de rupture de décharge de l'éclateur 14 est le même tant pour un temps humide que pour un temps sec et est égal à la moitié du voltage de rupture de décharge à l'état humide de l'entrefer entre les élec trodes de décharge principales 7, 8, il s'en suit que par un temps sec, l'éclateur 14 entrera en fonction avant qu'une décharge passe entre l'électrode auxiliaire 11 et l'élec trode principale 7. La rupture de décharge de l'éclateur 14 oblige immédiatement le po tentiel de l'électrode auxiliaire 11 à se rap procher de celui de l'électrode de décharge 7, appliquant ainsi sensiblement tout le poten tiel de ligne en travers de l'entrefer entre les électrodes 8 et 11, d'où résulte une dé charge entre celles-ci.
La décharge entre les électrodes 8 et 11 occasionne une ionisation du milieu environnant, et l'électrode principale 7 étant à un potentiel plus élevé que ne l'est l'électrode auxiliaire 11, la décharge sera transférée sur elle. Le fait, qu'un intervalle d'air de décharge unique s'oppose moins au passage du courant qu'une pluralité d'inter valles d'air < , étincelles ayant sensiblement le même voltage de rupture total oblige le courant principal à passer directement de l'électrode en corne 7 à l'électrode en corne 8 et la décharge en travers de l'éclateur 14 cesse. L'arc s'éteint en grimpant le long des électrodes en corne 7, 8, comme cela est bien connu.
Par un temps humide, la dé- charge initiale se manifestera soit entre les électrodes 7 et 11, soit par l'intervalle d'air de l'éclateur 14, leurs voltages de rupture de décharge étant égaux.
En supposànt que les intervalles d'air aient les longueurs signalées, une perturba tion par accroissement anormal du potentiel avec une fréquence normale aura pour effet que le point de connexion 11a sera maintenu à un potentiel moyen entre les potentiels des électrodes 7 et 8, d'où résulte une chute de potentiel entre les électrodes 7 et 11 qui est égale à celle en travers de l'éclateur 14.
Le voltage de rupture à l'entrefer de l'éclateur 14 étant inférieur à celui de l'intervalle d'air ou entrefer entre les électrodes 7 et 11, sauf à l'état humide pour ce dernier, auxquelles conditions les deux voltages de rupture sont égaux, il résulte que par un temps humide les deux intervalles d'air ou entrefers entre ront en fonction en même temps, alors que par un temps sec, l'éclateur 14 subira en premier lieu la rupture de décharge. L'élec trode auxiliaire 11 est par là amenée au po tentiel de l'électrode de décharge 7, indui sant une décharge initiale entre les électrodes 8 et 11 et une décharge finale entre les électrodes 7 et 8, comme décrit. plus haut.
Le fait que l'éclateur à étincelles auxiliaire est protégé contre la pluie et en est par suite indépendant et le fait que cet éclateur assure l'établissement d'une décharge à la suite d'un faible survoltage rend tout l'appa reil indépendant de la pluie.
La fig. 2 représente une forme d'ex6cu- tion dans laquelle la réactance inductive 12 de la fig. 1 est remplacée par une résistance non inductive 19 qui, conjointement avec la réactance capacitive 13, est reliée en parallèle avec l'éclateur à étincelles auxiliaire 14. La différence dans l'effet du changement de fré quence sur les éléments 14 et 19, 13 pro duira le fonctionnement désiré de l'appareil à fréquence anormale. L'éclateur à étincelles 14 produira l'effet désiré de rendre la rup ture de décharge à des potentiels anormaux largement indépendante des conditions atmos phériques.
Dans la forme d'exécution de la fig. 3, l'électrode auxiliaire 11 est reliée à l'élec trode de décharge 7 par l'intermédiaire d'une réactance inductive 12 et d'une réactance capacitive 13, comme à la fig. 1. Une résis tance non inductive 20 est reliée en série avec l'éclateur à étincelles auxiliaire 14. Elle sert à limiter le flux de courant à travers l'éclateur 14, réduisant par là les dimensions de la construction. de celui-ci ainsi que de sa garde protectrice.
La fig. 4 "représente une forme d'exécu tion dans laquelle une réactance capacitive ou condensateur 15 est reliée entre l'électrode auxiliaire 11 et l'électrode de décharge 8 et dans laquelle une résistance non inductive 19 et une réactance capacitive 13 sont reliées en série l'une avec l'autre, entre l'électrode auxiliaire 11 et l'électrode de décharge 7. L'éclateur à étincelles auxiliaire 14 est relié en série avec une réactance inductive ou bo bine de réactance 22, ce circuit étant relié en parallèle avec la réactance inductive 19 et la réactance capacitive 13.
On comprend que par suite de la con nexion en série de la bobine de réactance 22 avec l'éclateur 14, comme représenté en fig. 4, le courant passant par l'éclateur 14 et par la bobine de réactance 22 charge le conden sateur 15, avant qu'il se produise la rupture à l'intervalle d'air entre les électrodes 8 et 11, jusqu'à peu prés au double du potentiel du courant de charge, comme cela est bien connu dans les combinaisons de condensateurs et de réactances inductives reliés en série. L'élec trode auxiliaire 11 étant reliée au condensa teur 15, son potentiel est élevé à une valeur supérieure à celle du potentiel de Pélectrode 7, assurant qu'une décharge soit induite entre les électrodes 8 et 11.
La fig. 5 représente une forme d'exécu tion du type de celle de la fig. 4, dans la quelle l'électrode de décharge en forme de corne 7 est montée sur un isolateur à bourre lets 23 reposant, à son tour, sur un isolateur de support 24 à plusieurs corps isolants su perposés formés chacun d'une série d'éléments conducteurs 25 séparés d'entre eux par des éléments isolants 26.
L'électrode de décharge 7 est pourvue, à sa base, d'une borne de décharge 27 de forme hémisphérique, se trouvant en face de l'élec trode auxiliaire 11 en forme de pointe, sup portée par la partie médiane de l'isolateur 24. (in isolateur 28 monté sur une tige conduc trice 29 porte, d'une part, un conducteur 30 pourvu d'une borne hémisphérique de décharge 31 disposée à hauteur et en face de la borne.
de décharge 27 et d'autre part, un isolateur à bourrelets 32 portant la partie en forme de corne 33 de l'électrode de décharge prin cipale coopérant avec l'électrode de décharge principale 7 et dont la partie de décharge est formée par la borne 31, ladite partie en forme de corne 33 recevant la décharge à mesure qu'elle grimpe en partant des bornes de décharge 27, 31. Le fil de ligne 6 est relié à l'élément conducteur au sommet de l'isolateur 24 par le moyen d'une résistance non inductive 34 et la partie d'électrode en forme de corne 33 est similairement reliée au conducteur 30 par une résistance 35, le conducteur 30 étant relié à la terre 9 par un parafoudre électrolytique 10, mais pouvant aussi y être relié directement.
L'isolateur 24 constitue une série de petits condensateurs dont quelques-uns sont intercalés entre la base de l'électrode auxiliaire 11 et la résis tance 34, tandis que les autres sont reliés entre la base de l'électrode auxiliaire 11 et la tige de support 29. L'isolateur 28 sert aussi de condensateur entre la tige de sup port 29 et le conducteur 30. L'éclateur à étincelles auxiliaire 14 comporte une électrode 16 montée à l'intérieur d'un bouelier-garde en forme de dôme 18a, en matière conduc trice, monté, avec ladite électrode, sur un conducteur 36 prolongeant l'électrode de dé charge 7 et relié au fil de ligne 6.
L'élec trode 17 de l'éclateui 14 est disposée à une certaine distance de l'électrode 16 et est sup portée par une bobine de réactance ou réac tance inductive 22, qui, à son tour, est por tée par l'élément de support 37, dont l'autre extrémité sert de support à l'électrode auxi liaire 11.
Spark gap device for electric discharge. The present invention relates to a spark gap apparatus for electric discharge, which can, for example, be set up to allow the passage of high frequency currents at voltages equal to or lower than that of normal frequency currents, while allowing also the passage of currents of high voltages at any frequency.
Spark gap devices for electric discharge, such as they are used as a lightning arrester, comprise, in a known construction, two main discharge electrodes and an auxiliary electrode arranged between them and connected to them via the intermediary. elements with impedance of a dissimilar nature, so that while the potential of the auxiliary electrode is maintained substantially at the potential of the adjacent electrostatic field, at the normal frequency, it is caused to change to any other frequency due to dissimilar drops in potential in the two impedance elements produced by the change in frequency.
The spark gap apparatus for electric discharge which is the object of this invention comprises, in combination with two main discharge electrodes, an auxiliary electrode placed near the two main electrodes and connected thereto by impedance elements. dissimilar nature, 'and it is distinguished by the fact that it further comprises an auxiliary spark gap placed in parallel with the impedance element connecting the auxiliary electrode to one of the main discharge electrodes. In this way, goose can achieve that the potential of the auxiliary electrode is raised to substantially the potential of one or more of the discharge electrodes when the auxiliary spark arrester is activated.
The auxiliary spark gap may be provided with a protective guard established so as to protect its electrodes and the space between them against rain, in order to maintain substantially the same discharge breaking voltage at all times, because Knows that the discharge potential of an air gap or spark gap varies with atmospheric conditions, in that it is considerably lower when the electrodes of the gap or spark gap are wet than when they are dry.
Figs. 1, 2, 3 and 4 of the accompanying drawing show, schematically and by way of example, several embodiments of the object of the invention, while FIG. 5 also shows by way of example, but in more detail, another embodiment similar from the electrical point of view to that of FIG. 4 and to which preference is given.
Fig. 1 shows a line wire 6 connected to a main discharge electrode 7 in the form of a horn, with which is combined, as in a horned arrester; another horn-shaped main discharge electrode 8, connected to earth 9 by means of an electrolytic surge arrester 10, which can also be connected directly to earth.
An auxiliary electrode 11 is arranged between the horn electrodes 7, 8 and it is connected to the horn electrode 7 by an inductive reactance 12 and a capacitive reactance or capacitor 13 connected in series, and to a spark gap auxiliary 14 placed in parallel with the reactors 12, 13, while on the other side, it is connected by a capacitive reactance or capacitor 15 with the main discharge electrode 8. The auxiliary spark gap 14 has two spherical electrodes 16, 17 covered by a protective guard 18 intended to protect them against the rain.
The auxiliary electrode 11 is arranged in the part of the electrostatic field intermediate between the discharge electrodes 7, 8 which is of the same potential as a connection point 11a between the capacitor 15, on the one hand, and the capacitor 13 and the inductive reactance 12 on the other hand.
Assuming that the connection point 11a is maintained at an average potential between the potentials of the discharge electrodes 7, 8 by means of. capacitors 13, 15 and the inductive reactance 12, it is desirable that the length of the air gap between the electrodes of the spark gap 14 is such that its dry discharge breakdown voltage is equal to, the half of the wet discharge cut-off voltage of the spark gap formed by the discharge electrodes 7, 8.
Under these conditions, a disturbance in the normal potential and an abnormal frequency state will cause a decrease in the relative potential drop across the capacitor 15, thus forcing the potential of the auxiliary electrode 11 to approach that of the capacitor. discharge electrode 8 and having the effect that substantially all of the potential of line 6 is applied across the air gap between electrodes 7 and 11 and therefore across auxiliary spark gap 14 connected in parallel with said air gap.
Since the spark gap discharge voltage of spark gap 14 is the same for both wet and dry weather and is equal to half of the wet discharge breakdown voltage of the air gap between the electrodes discharge 7, 8, it follows that in dry weather, the spark gap 14 will start operating before a discharge passes between the auxiliary electrode 11 and the main electrode 7. The discharge break of spark gap 14 immediately forces the potential of auxiliary electrode 11 to move closer to that of discharge electrode 7, thus applying substantially all of the line potential across the air gap between electrodes 8 and 11 , from which results a discharge between them.
The discharge between the electrodes 8 and 11 causes ionization of the surrounding medium, and the main electrode 7 being at a higher potential than the auxiliary electrode 11, the discharge will be transferred to it. The fact that a single discharge air gap is less opposed to the flow of current than a plurality of air gaps <, sparks having substantially the same total breakdown voltage forces the main current to flow directly. from the horn electrode 7 to the horn electrode 8 and the discharge across the spark gap 14 ceases. The arc is extinguished by climbing up the horn electrodes 7, 8, as is well known.
In humid weather, the initial discharge will be manifested either between electrodes 7 and 11 or through the air gap of spark gap 14, their discharge breakage voltages being equal.
Assuming that the air gaps have the lengths indicated, disturbance by abnormal increase in potential with a normal frequency will cause connection point 11a to be maintained at an average potential between the potentials of electrodes 7 and 8, d 'which results in a potential drop between the electrodes 7 and 11 which is equal to that across the spark gap 14.
The rupture voltage at the air gap of spark gap 14 being lower than that of the air gap or air gap between electrodes 7 and 11, except in the wet state for the latter, under which conditions the two rupture voltages are equal, it follows that in humid weather the two air gaps or air gaps will operate at the same time, while in dry weather the spark gap 14 will first experience the rupture of the discharge. The auxiliary electrode 11 is thereby brought to the potential of the discharge electrode 7, inducing an initial discharge between the electrodes 8 and 11 and a final discharge between the electrodes 7 and 8, as described. upper.
The fact that the auxiliary spark gap is protected against the rain and is therefore independent of it and the fact that this spark gap ensures the establishment of a discharge following a low overvoltage makes the whole apparatus independent of the rain.
Fig. 2 shows an embodiment in which the inductive reactance 12 of FIG. 1 is replaced by a non-inductive resistor 19 which, together with the capacitive reactance 13, is connected in parallel with the auxiliary spark gap 14. The difference in the effect of the frequency change on elements 14 and 19, 13 will produce the desired operation of the device at an abnormal frequency. The spark arrester 14 will produce the desired effect of rendering the discharge failure to abnormal potentials largely independent of atmospheric conditions.
In the embodiment of FIG. 3, the auxiliary electrode 11 is connected to the discharge electrode 7 through an inductive reactance 12 and a capacitive reactance 13, as in FIG. 1. A non-inductive resistor 20 is connected in series with the auxiliary spark gap 14. It serves to limit the flow of current through the spark gap 14, thereby reducing the dimensions of the construction. of him as well as of his protective guard.
Fig. 4 "shows an embodiment in which a capacitive reactance or capacitor 15 is connected between the auxiliary electrode 11 and the discharge electrode 8 and in which a non-inductive resistor 19 and a capacitive reactance 13 are connected in series l 'with each other, between the auxiliary electrode 11 and the discharge electrode 7. The auxiliary spark gap 14 is connected in series with an inductive reactance or reactance coil 22, this circuit being connected in parallel with inductive reactance 19 and capacitive reactance 13.
It will be understood that as a result of the series connection of the reactance coil 22 with the spark gap 14, as shown in FIG. 4, the current passing through the spark gap 14 and through the reactance coil 22 charges the capacitor 15, before the rupture occurs at the air gap between the electrodes 8 and 11, until approximately at double the potential of the load current, as is well known in combinations of capacitors and inductive reactors connected in series. The auxiliary electrode 11 being connected to the capacitor 15, its potential is raised to a value greater than that of the potential of the electrode 7, ensuring that a discharge is induced between the electrodes 8 and 11.
Fig. 5 shows an embodiment of the type of that of FIG. 4, in which the horn-shaped discharge electrode 7 is mounted on a fluff insulator 23 resting, in turn, on a support insulator 24 with several perposed insulating bodies each formed of a series of conductive elements 25 separated from each other by insulating elements 26.
The discharge electrode 7 is provided at its base with a discharge terminal 27 of hemispherical shape, located opposite the auxiliary electrode 11 in the form of a point, supported by the middle part of the insulator. 24. (in insulator 28 mounted on a conductive rod 29 carries, on the one hand, a conductor 30 provided with a hemispherical discharge terminal 31 disposed at and opposite the terminal.
discharge 27 and on the other hand, a beaded insulator 32 carrying the horn-shaped part 33 of the main discharge electrode cooperating with the main discharge electrode 7 and whose discharge part is formed by the terminal 31, said horn-shaped portion 33 receiving the discharge as it ascends from the discharge terminals 27, 31. The line wire 6 is connected to the conductive member at the top of the insulator 24 by the means of a non-inductive resistor 34 and the horn-shaped electrode part 33 is similarly connected to the conductor 30 by a resistor 35, the conductor 30 being connected to earth 9 by an electrolytic arrester 10, but can also be connected to it directly.
The insulator 24 constitutes a series of small capacitors, some of which are interposed between the base of the auxiliary electrode 11 and the resistor 34, while the others are connected between the base of the auxiliary electrode 11 and the rod of support 29. The insulator 28 also serves as a capacitor between the support rod 29 and the conductor 30. The auxiliary spark gap 14 has an electrode 16 mounted inside a dome shaped guard 18a , in conductive material, mounted, with said electrode, on a conductor 36 extending the discharge electrode 7 and connected to the line wire 6.
Electrode 17 from flashlight 14 is disposed at a certain distance from electrode 16 and is supported by a reactance coil or inductive reactance 22, which, in turn, is carried by the control element. support 37, the other end of which acts as a support for the auxiliary electrode 11.