EP0782753A1 - Dispositif parafoudre - Google Patents
Dispositif parafoudreInfo
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- EP0782753A1 EP0782753A1 EP95935989A EP95935989A EP0782753A1 EP 0782753 A1 EP0782753 A1 EP 0782753A1 EP 95935989 A EP95935989 A EP 95935989A EP 95935989 A EP95935989 A EP 95935989A EP 0782753 A1 EP0782753 A1 EP 0782753A1
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- EP
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- housing
- protective element
- arrester according
- arrester
- sleeve
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
- H01C7/12—Overvoltage protection resistors
- H01C7/126—Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure
Definitions
- the present invention relates to a low voltage surge arrester of the type used in particular for ensuring the protection of electronic equipment.
- lightning arrester devices are inserted in their supply circuit made up of components which, in normal times, behave like neutral elements, but which, in the event of violent overvoltage due to lightning, become conductive and thus insulate the device by diverting the current generated by lightning towards the ground.
- a good surge protector intended to protect electronic devices must have three essential qualities. On the one hand it must have a high rate of current rise in order to quickly divert towards the ground the energy of the lightning which, without that, would destroy the electronic material. The current rise speed will be all the more high as the inductance of the arrester will be low. It must then be able to maintain its efficiency long enough for the derivation of energy to the ground to last long enough to allow the use of conventional disconnection means. This period of effectiveness is all the stronger when the mechanical resistance, in all directions, of the arrester is high. Finally, it must be able to be put in place and quickly removed from its support.
- Gas spark gaps are usually used to provide such functions. These gas spark gaps have significant drawbacks, and in particular that of having a significant delay, so that in certain cases, and in particular in the case of particularly violent and rapid lightning effects, the deterioration of electronic devices occurs before grounding of the lightning current by the spark gap.
- Lightning arresters are also known which consist of cylindrical tubular elements containing varistors and / or zener diodes, embedded in an insulating resin. Such devices must, in a particularly small volume, be able to flow towards the earth very high impulse currents while maintaining acceptable voltages at their terminals. We can see that the powers developed in such lightning arresters can reach excessively high values.
- a varistor has the possibility of flowing currents of the order of 5,000 amperes for times of the order of 10 microseconds, while maintaining the voltage across its terminals at a value of the order of 1,500 volts.
- the power thus developed in such a varistor is of the order of 7.5 megawatts.
- Such powers developed during extremely short times, in such reduced volumes, are extremely difficult to channel, so that the lightning protection devices sometimes behave like real miniature "bombs", with the consequence, besides the destruction of the lightning protection device itself - even that of the electronic elements they are intended to protect.
- Surge arresters are also known which are used in high voltage power lines used for the distribution of electric current. In these power lines, depending on the impedance of the electrical current supply transformer placed upstream of the arrester, the developed currents can reach peak values of 6 to 25 kiloamperes for durations of the order of 100 milliseconds. In order to ensure the protection of the installations, it is essential that the surge arresters used maintain the earthing, as long as disconnecting devices, such as circuit breakers, did not themselves cut the line. It is therefore particularly important to at least delay the destruction of such surge arresters, until the disconnector devices are actuated. However, the components used in the constitution of the surge protective devices are usually coated in boxes made of resins which are essentially chosen for their qualities of insulators. We know that, unfortunately, the best insulating materials have particularly poor mechanical qualities.
- FR-A-2 678 765 has also proposed a surge arrester intended for the protection of overhead electrical lines which consists of an envelope containing a tube provided with longitudinal lights inside which varistors are arranged.
- a silicone elastomer fills the empty parts of the envelope, between the periphery of the varistors and the internal face of the tube. The electrical contact is made at each end of the tube.
- the object of the present invention is to provide a lightning arrester device having a high current rise speed, and which has sufficient mechanical strength enabling it to delay its destruction until power cut means such as disconnectors, etc ... have time to come into action, this device being easier and quicker to connect and disconnect.
- the present invention thus relates to a lightning arrester device consisting of a housing, comprising two electrical contact terminals, formed of at least one housing element, containing at least one protective element whose terminals are electrically connected to the contact terminals , this element being embedded in an insulating material contained in said housing element, characterized in that at least one sleeve, mechanically resistant, is interposed in the insulating material between the housing element and the protective element and in this that said housing element constitutes one of said contact terminals.
- the housing consists of two housing elements and at least one of these comprises a bottom, or transverse wall, come in one piece with it, the electrical contact between the protective element and the housing element being made by said bottom.
- the other housing element also comprises a bottom, or transverse wall, which is mechanically and electrically secured to it. ci, the second terminal of the protective element being in electrical contact with said bottom.
- the sleeve is made of woven glass fibers or carbon fibers.
- the surge protector bodies which constitute one of the electrical connection terminals cannot have a homogeneous mechanical resistance over their entire periphery, since the body being conductive of the electric current it must necessarily include an insulating zone allowing passage to the second connection terminal. This discontinuity has the effect of weakening the body and thus reducing its resistance to explosion.
- the present invention makes it possible to compensate for the weakening zone of the body of the arrester, thus making it possible to produce surge arresters having both the three qualities mentioned above.
- Figures 1 and la are schematic views showing two modes of use of a device surge arrester according to the invention in electrical circuits which they are intended to protect.
- Figure 2 is an axial and longitudinal sectional view of a first embodiment of a lightning arrester device according to the invention.
- Figures 3a to 3d are views schematically showing the different steps of a method of producing a lightning arrester device of the type shown in Figure 2.
- Figure 4 is an axial and longitudinal sectional view of a second mode for implementing the arrester device according to the invention.
- Figure 5 is an axial and longitudinal sectional view of another embodiment of the arrester device according to the invention.
- the lightning arrester 4 has a sufficient impedance to behave like a neutral element, so that it does not interfere with the operation of the device 1.
- the surge arrester then behaves like a conducting element, so that it grounds 3 the current arriving by the electric line 2, thus short-circuiting the device 1, which ensures its protection.
- FIG. 1a shows a lightning arrester device used to ensure the security of a telephone line against overvoltages.
- the circuit breaker device 5 is replaced by a current limiting device 5 ', such as for example a PTC element (with positive temperature coefficient), that is to say a component whose impedance increases with the heating it undergoes due to the current which passes through it and which flows through the arrester 4.
- a current limiting device 5 ' such as for example a PTC element (with positive temperature coefficient), that is to say a component whose impedance increases with the heating it undergoes due to the current which passes through it and which flows through the arrester 4.
- the action of such a limiter is slow (of the order of a few milliseconds, or even a few seconds).
- the lightning arrester 4 consists of electronic elements, such as for example zener diodes or varistors which have high current rise speeds, which make them capable of reacting almost instantaneously to overvoltages, and in any case well before activating the 5 'disconnecting or limiting devices.
- the surge arrester device being traversed, when the phenomenon of lightning strikes, by currents developing extremely high powers, it is important that its mechanical strength is sufficient to allow it to withstand these high powers, at least for a time sufficient to allow the disconnector devices 5 or limiters 5 'to act.
- the lightning arrester 4 consists of a housing 7 formed of two cylindrical housing elements, namely a first lower housing element 7a and a second upper case 7b.
- the lower housing element 7a comprises, in an area close to one of its ends, a bottom 9 which is formed by manufacture.
- the bottom 9 is pierced in its center with an orifice 10 into which engages one of the two connection lugs 11a of a protective element 13, essentially constituted by a zener diode.
- This zener diode will most often consist of several silicon wafers 20, heatsinks 21 which are interposed between the silicon elements and an insulator of very high dielectric resistivity.
- the upper housing element 7b comprises a pad 15, forming a bottom, which is fixed, for example by welding, on its internal wall at a distance close to one of its ends, so that it is rigidly held on the housing element 7b and in excellent electrical contact with it.
- the pad 15 is pierced in its center of an orifice 16 which receives the second connection tab 11b of the protective element 13.
- the connection tabs 11a and 11b are respectively fixed by welding, or by any other method making it possible to ensure both their mechanical retention and good electrical contact with the bottom 9 and the pad 15.
- the internal volume delimited by the internal walls of the housing elements 7a, 7b, the bottom 9, the pad 15, and the external surface of the protective element 13 is filled with a resin 17, for example a thermosetting or epoxy resin.
- the protective element 13 can of course consist of a component other than a zener diode, and it is thus possible in particular to use a varistor. We can thus generally use so-called non-linear components, that is to say elements whose voltage / current characteristic ends with a plateau value.
- the resin 17 is chosen on the one hand, for its qualities of insulator, but also on the other hand for its qualities of adhesion with the housing elements 7a, 7b as well as for its qualities of own mechanical resistance.
- a tubular sleeve 19 is disposed in this volume, between the internal walls of the housing elements 7a, 7b and the external wall of the protective element 13. 13
- This sleeve 19 is made, for example, of glass fibers or carbon fibers which are preferably braided.
- the lightning protection device described above has a certain number of advantages compared to the corresponding devices of the prior art, in particular from the point of view of mechanical resistance to explosion, from the point of view of connectors, from from the point of view of the manufacturing process, and finally from the point of view of inductance.
- the sleeve 19 ensures, by means of the hardenable resin 17, the maintenance of the housing elements 7a, 7b against the forces and stresses exerted in particular in the longitudinal direction, when the lightning arrester is traversed by a lightning current such that the energy released at the silicon wafers 20 brings it into a state close to explosion.
- the sleeve 19 also has an action of resistance to one against forces acting in a transverse direction, that is to say a direction perpendicular to the longitudinal axis yy 'of the lightning arrester device, in particular in its central part where the spacing e provided between the two housing elements 7a and 7b to isolate them electrically constitutes a weakening zone of the arrester.
- the sleeve 19 also performs another function, namely that of reducing (or even completely eliminating) the cracks which form in the resin, to small dimensions such that the phenomena of electric arc can no longer occur, thus preventing rapid destruction of the arrester.
- the present mode of implementation is advantageous in that it uses electrical connections of particularly short length, which promotes a high current rise speed.
- the electrical connection of the surge arrester element with the connection housing in which it is mounted is carried out particularly efficiently.
- the cylindrical shape of the housing 7 allows a symmetrical arrangement of the active elements which contributes to further reducing the inductance.
- FIGS. 3a to 3d an example showing the four essential stages of its implementation is illustrated in FIGS. 3a to 3d.
- first step we start from a tube 12, the length a of which is equal to that of the surge arrester element when it is finished, and which has a bottom 9.
- a connection tab is introduced. 11a of the protective element 13 inside the orifice 10, then said tab 11a is fixed by welding to the bottom 9.
- the sleeve is placed 19 around the protective element 13, then the resin is poured inside the tube 12.
- FIG. 3a we start from a tube 12, the length a of which is equal to that of the surge arrester element when it is finished, and which has a bottom 9.
- a connection tab is introduced. 11a of the protective element 13 inside the orifice 10
- said tab 11a is fixed by welding to the bottom 9.
- the sleeve is placed 19 around the protective element 13, then the resin is poured inside the tube 12.
- third step FIG.
- the pellet 15 is put in place, by introducing the second tab of connection 11b of the protective element 13 in the orifice 16 thereof. Then fixed by welding, on the one hand the pad 15 on the tube 12 and on the other hand the connecting tab 11b on the pad 15.
- a circular groove is made, by example by turning, in the center of the tube 12, so as to separate the latter into two housing elements 7a, 7b completely electrically isolated from each other.
- the housing 7 consists of a cylindrical tube, closed at its lower part by a bottom 9.
- the protective element 13 consists of three silicon wafers 20 arranged in series, separated by energy dissipators 21, and one connection face of which is applied against the bottom 9 and the other extends towards the upper part, that is to say towards the outlet orifice of the housing 7, by a cylindrical connection pin 23.
- an element 22 of very high dielectric resistivity surrounds the silicon wafers 20, a sleeve 19 is interposed between the protective element 13 and the internal wall of the housing 7.
- the sleeve 19 extends upwards, beyond the protective element 13, over a length b, substantially to the end open of the housing 7.
- the internal volume of the cavity formed inside the housing 7 is filled with an insulating resin of the curable type.
- the present device does not include a sealing disc.
- a volume of resin has been formed, on the side of the opening, reinforced by the sleeve 19 whose mass as well as the adhesion to the internal wall of the housing 7 forms a stop s' opposing the longitudinal forces.
- the present embodiment can have a high resistance to explosion. To do this, play on the length b of the volume of resin forming a stop.
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif parafoudre constitué d'un boîtier (7), comportant deux bornes de contact électrique, formé d'au moins un élément de boîtier (7a, 7b), renfermant au moins un élément de protection (13) dont les bornes sont reliées électriquement aux bornes de contact, cet élément étant noyé dans une matière isolante (17) contenue dans ledit élément de boîtier (7). Ce dispositif est caractérisé en ce qu'au moins un manchon (19), mécaniquement résistant, est intercalé dans la matière isolante (17) entre l'élément de boîtier (7) et l'élément de protection (13) et en ce que ledit élément de boîtier (7a, 7b) constitue l'une desdites bornes de contact.
Description
DISPOSITIF PARAFOUDRE
La présente invention concerne un dispositif parafoudre basse tension du type utilisé notamment pour assurer la protection des matériels électroniques.
On sait que le phénomène de la foudre engendre des courants instantanés qui peuvent être extrêmement importants et peuvent atteindre dans certains cas 10.000 à 100.000 ampères avec des tensions pouvant atteindre de 10 à 20 millions de volts pendant des temps extrêmement courts. Afin d'assurer la protection contre la foudre des appareils électroniques, on intercale dans le circuit d'alimentation de ceux-ci des dispositifs parafoudres constitués de composants qui, en temps normal, se comportent comme des éléments neutres, mais qui, en cas de surtension violente due à la foudre, deviennent conducteurs et assurent ainsi l'isolation de l'appareil en dérivant vers le sol le courant généré par la foudre.
Un bon parafoudre destiné à protéger des appareils électroniques doit posséder trois qualités essentielles. D'une part il doit avoir une grande vitesse de montée en courant afin de détourner rapidement vers le sol l'énergie de la foudre qui, sans cela, détruirait le matériel électronique. La vitesse de montée en courant sera d'autant plus
élevée que l'inductance du parafoudre sera faible. Il doit ensuite être en mesure de conserver suffisamment longtemps son efficacité pour que la dérivation vers le sol de l'énergie dure suffisamment longtemps pour permettre la mise en oeuvre de moyens classiques de déconnexion. Cette durée d'efficacité est d'autant plus forte que la résistance mécanique, dans toutes les directions, du parafoudre est élevée. Il doit enfin pouvoir être mis en place et retiré rapidement de son support.
On utilise habituellement, pour assurer de telles fonctions, des éclateurs à gaz. Ces éclateurs à gaz possèdent de notables inconvénients, et en particulier celui de présenter un retard important, si bien que, dans certains cas, et notamment dans le cas d'effets de foudre particulièrement violents et rapides, la détérioration des appareils électroniques se produit avant la mise à la terre du courant de foudre par l'éclateur. On connaît également des dispositifs parafoudres constitués d'éléments tubulaires cylindriques renfermant des varistances et/ou des diodes zener, noyées dans une résine isolante. De tels dispositifs, doivent, dans un volume particulièrement réduit, être en mesure d'écouler vers la terre des courants impulsionnels très élevés tout en maintenant des tensions acceptables à leurs bornes. On constate ainsi que les puissances
développées dans de tels systèmes parafoudres peuvent atteindre des valeurs excessivement élevées. Ainsi, une varistance a la possibilité d'écouler des courants de l'ordre de 5.000 ampères pendant des temps de l'ordre de 10 microsecondes, tout en maintenant la tension à ses bornes à une valeur de l'ordre de 1.500 volts. La puissance ainsi développée dans une telle varistance est de l'ordre de 7,5 mégawatts. De telles puissances développées pendant des temps extrêmement courts, dans des volumes aussi réduits, sont extrêmement difficiles à canaliser, si bien que les dispositifs parafoudres se comportent parfois comme de véritables "bombes" miniatures, avec pour conséquence, outre la destruction du dispositif parafoudre lui-même, celle des éléments électroniques qu'ils sont destinés à protéger.
On connaît également des parafoudres qui sont mis en oeuvre dans des lignes d'énergie haute tension utilisées pour la distribution du courant électrique. Dans ces lignes d'énergie, suivant l'impédance du transformateur d'alimentation en courant électrique disposé en amont du parafoudre, les courants développés peuvent atteindre des valeurs de crête de 6 à 25 kiloampères pendant des durées de l'ordre de 100 millisecondes. Afin d'assurer la protection des installations, il est essentiel que les parafoudres utilisés maintiennent la mise à la terre, tant que des dispositifs déconnecteurs, tels que des
disjoncteurs, n'aient pas eux-mêmes assuré la coupure de la ligne. Il est donc particulièrement important d'au moins retarder la destruction de tels parafoudres, jusqu'à l'actionne ent des dispositifs déconnecteurs. Or les composants utilisés dans la constitution des dispositifs parafoudres sont habituellement enrobés dans des boîtiers constitués de résines qui sont essentiellement choisies pour leurs qualités d'isolants. On sait que, malheureusement les meilleurs matériaux isolants sont pourvus de qualités mécaniques particulièrement médiocres.
Les constructeurs de ce type de dispositifs ont donc été confrontés à la nécessité de renforcer la tenue mécanique des boîtiers renfermant les composants en les rigidifiant et en noyant l'ensemble dans des résines durcissables isolantes.
Ces solutions ne donnent pas satisfaction en raison de ce que d'une part, elles s'avèrent dangereuses, et que d'autre part elles se révèlent peu efficaces, à la fois sur le plan de la résistance mécanique et sur le plan des caractéristiques électriques de l'appareil.
Ces solutions sont dangereuses du fait que la résine qui entoure la zone où est générée la puissance instantanée importante se fissure, ce qui favorise la naissance d'un arc électrique provoquant la carbonisation de cette résine. Le carbone ainsi
produit assure la conductivité de l'électricité, et le courant issu de la surtension, ou d'un réseau d'énergie, passe dans celui-ci, échauffant rapidement la zone concernée, ce qui augmente la carbonisation de celle-ci et, par effet cumulatif, on est ainsi conduit à une destruction rapide du parafoudre, destruction pouvant même mettre le feu à 1'environnement.
Ces solutions sont également peu efficaces, puisque la masse de résine, entre l'endroit où est générée la puissance instantanée et la zone où se situe l'enceinte rigide, constitue un matelas malléable et/ou élastique favorisant l'apparition de fissures créant ainsi des amorces de rupture diminuant les caractéristiques mécaniques du parafoudre.
On a également proposé dans le brevet FR-A-2 678 765 un parafoudre destiné à la protection des lignes électriques aériennes qui est constitué d'une enveloppe contenant un tube pourvu de lumières longitudinales à l'intérieur duquel sont disposées des varistances. Un élastomère de silicone remplit les parties vides de l'enveloppe, entre la périphérie des varistances et la face interne du tube. Le contact électrique s'effectue à chacune des extrémités du tube.
Un tel dispositif, s'il est satisfaisant dans le domaine de la protection des lignes électriques
aériennes, ne l'est pas lorsqu'il s'agit d'assurer la protection d'appareils électroniques. En effet, d'une part le temps de réaction est trop élevé en raison des longueurs de connexion et des inductances trop élevées qui en résultent et, d'autre part, la protection physique contre l'explosion n'est pas assurée de façon suffisamment efficace, et dans certains cas elle est même recherchée pour réaliser des indicateurs de fin de vie du parafoudre. Les solutions proposées par l'état antérieur de la technique sont également peu efficaces sur le plan de la vitesse de montée en courant du parafoudre. En effet, on sait que pour conserver son efficacité, un parafoudre doit présenter la propriété de se mettre en conduction rapidement, si bien que son inductance doit être particulièrement faible, de façon à ne pas retarder outre mesure sa mise en conduction. Dans les dispositifs de l'état antérieur de la technique, la présence d'une carcasse rigide oblige les constructeurs à réaliser une connectique complexe augmentant du même coup la longueur des connexions et donc l'inductance du parafoudre, ce qui fait perdre à celui-ci ses caractéristiques de mise en conduction rapide. La présente invention a pour but de proposer un dispositif parafoudre possédant une grande vitesse de montée en courant, et qui possède une résistance mécanique suffisante lui permettant de retarder sa
destruction jusqu'à ce que des moyens de coupure de courant tels que des déconnecteurs, etc.... aient le temps d'entrer en action, ce dispositif étant de plus facile et rapide à connecter et à déconnecter. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif parafoudre constitué d'un boîtier, comportant deux bornes de contact électrique, formé d'au moins un élément de boîtier, renfermant au moins un élément de protection dont les bornes sont reliées électriquement aux bornes de contact, cet élément étant noyé dans une matière isolante contenue dans ledit élément de boîtier, caractérisé en ce qu'au moins un manchon, mécaniquement résistant, est intercalé dans la matière isolante entre l'élément de boîtier et l'élément de protection et en ce que ledit élément de boîtier constitue l'une des dites bornes de contact.
Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, le boîtier est constitué de deux éléments de boîtier et l'un au moins de ceux-ci comporte un fond, ou paroi transversale, venu d'une pièce avec lui, le contact électrique entre l'élément de protection et l'élément de boîtier se faisant par ledit fond. Dans une variante de ce mode de mise en oeuvre de l'invention, l'autre élément de boîtier comporte également un fond, ou paroi transversale, qui est solidarisé mécaniquement et électriquement de celui-
ci, la seconde borne de l'élément de protection étant en contact électrique avec ledit fond. Un tel mode de mise en oeuvre permet de réaliser une connexion particulièrement facile et rapide du parafoudre sur son support.
Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, le manchon est constitué de fibres de verre ou de fibres de carbone, tissées.
Il convient de remarquer que les corps de parafoudre qui constituent l'une des bornes de connexion électrique ne peuvent posséder une résistance mécanique homogène sur toute leur périphérie, puisque le corps étant conducteur du courant électrique il doit nécessairement comporter une zone isolante laissant le passage à la seconde borne de connexion. Cette discontinuité a pour effet de fragiliser le corps et de diminuer ainsi sa résistance à l'explosion.
La présente invention permet de compenser la zone de fragilisation du corps du parafoudre, rendant ainsi possible la réalisation de parafoudres possédant à la fois les trois qualités mentionnées précédemment.
On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel :
Les figures 1 et la sont des vues schématiques représentant deux modes d'utilisation d'un dispositif
parafoudre suivant l'invention dans des circuits électriques qu'ils sont destinés à protéger.
La figure 2 est une vue en coupe axiale et longitudinale d'un premier mode de mise en oeuvre d'un dispositif parafoudre suivant l'invention.
Les figures 3a à 3d sont des vues représentant schématiquement les différentes étapes d'un procédé de réalisation d'un dispositif parafoudre du type de celui représenté sur la figure 2. La figure 4 est une vue en coupe axiale et longitudinale d'un second mode de mise en oeuvre du dispositif parafoudre suivant l'invention.
La figure 5 est une vue en coupe axiale et longitudinale d'un autre mode de mise en oeuvre du dispositif parafoudre suivant l'invention.
Ainsi que représenté sur la figure 1, lorsque l'on souhaite assurer la protection contre la foudre d'un appareil électronique 1 alimenté en courant par une ligne électrique 2, on dispose d'une part entre la terre 3 et la ligne électrique 2 un dispositif parafoudre 4 et, d'autre part, entre la ligne 2 et le dispositif parafoudre 4 un dispositif disjoncteur 5.
En cours de fonctionnement normal, le dispositif parafoudre 4 possède une impédance suffisante pour se comporter comme un élément neutre, si bien qu'il n'interfère pas sur le fonctionnement de l'appareil 1. Par contre, sous l'effet d'une surtension violente due à la foudre ou à un défaut
" moyenne tension " (10 à 30 KV) dans le circuit, le parafoudre se comporte alors comme un élément conducteur, si bien qu'il met à la terre 3 le courant arrivant par la ligne électrique 2, court-circuitant ainsi l'appareil 1, ce qui assure sa protection.
On a représenté sur la figure la un dispositif parafoudre utilisé pour assurer la sécurité d'une ligne téléphonique contre des surtensions. Dans ce type d'utilisation, le dispositif disjoncteur 5 est remplacé par un dispositif limiteur de courant 5' , tel que par exemple un élément CTP (à coefficient de température positif), c'est-à-dire un composant dont l'impédance augmente avec l'échauffement qu'il subit en raison du courant qui le traverse et qui s'écoule par le parafoudre 4. L'action d'un tel limiteur est lente (de l'ordre de quelques millisecondes, voire quelques secondes) .
Le dispositif parafoudre 4 est constitué d'éléments électroniques, tels que par exemple des diodes zener ou des varistances qui ont des vitesses de montée en courant élevées, qui les rendent aptes à réagir de façon quasi-instantanée aux surtensions, et en tout cas bien avant l'activation des dispositifs déconnecteurs ou limiteurs 5' . Comme mentionné précédemment, le dispositif parafoudre étant parcouru, lorsque se manifeste le phénomène de foudre, par des courants développant des puissances extrêmement élevées, il est important que
sa tenue mécanique soit suffisante pour lui permettre de résister à ces fortes puissances, au moins pendant un temps suffisant pour permettre aux dispositifs déconnecteurs 5 ou limiteurs 5' d'agir. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention représenté sur la figure 2, le dispositif parafoudre 4 est constitué d'un boîtier 7 formé de deux éléments de boîtier cylindriques, à savoir un premier élément de boîtier inférieur 7a et un second élément de boîtier supérieur 7b. Ces deux éléments de boîtier sont séparés par une distance e. L'élément de boîtier inférieur 7a comporte, en une zone proche de l'une de ses extrémités, un fond 9 qui est formé de fabrication. Le fond 9 est percé en son centre d'un orifice 10 dans lequel vient s'engager l'une des deux pattes de connexion lia d'un élément de protection 13, constitué essentiellement par une diode zener. Cette diode zener sera le plus souvent constituée de plusieurs pastilles de silicium 20, de dissipateurs 21 qui sont intercalés entre les éléments de silicium et d'un isolant de très forte résistivité diélectrique. L'élément de boîtier supérieur 7b comporte une pastille 15, formant fond, qui est fixée, par exemple par soudure, sur sa paroi interne à une distance proche de l'une de ses extrémités, si bien qu'elle se trouve rigidement maintenue sur l'élément de boîtier 7b et en excellent contact électrique avec lui. La pastille 15 est percée en son
centre d'un orifice 16 qui reçoit la seconde patte de connexion 11b de l'élément de protection 13. Les pattes de connexion lia et 11b sont respectivement fixées par soudure, ou par tout autre procédé permettant d'assurer à la fois leur maintien mécanique et un bon contact électrique avec le fond 9 et la pastille 15. Le volume interne délimité par les parois internes des éléments de boîtier 7a,7b, le fond 9, la pastille 15, et la surface externe de l'élément de protection 13 est rempli d'une résine 17, par exemple une résine thermodurcissable ou époxyde.
L'élément de protection 13 peut bien entendu être constitué d'un composant autre qu'une diode zener, et on pourra ainsi faire appel notamment à une varistance. On pourra ainsi de façon générale utiliser des composants dits non linéaires, c'est-à- dire des éléments dont la caractéristique tension/courant se termine par une valeur palier. La résine 17 est choisie d'une part, pour ses qualités d'isolant, mais également d'autre part pour ses qualités d'adhérence avec les éléments de boîtier 7a,7b ainsi que pour ses qualités de résistance mécanique propres. Un manchon tubulaire 19 est disposé dans ce volume, entre les parois internes des éléments de boîtier 7a,7b et la paroi externe de l'élément de protection 13.
13
Ce manchon 19 est constitué, par exemple, de fibres de verre ou de fibres de carbone qui sont de préférence tressées.
Le dispositif parafoudre décrit précédemment possède un certain nombre d'avantages par rapport aux dispositifs correspondants de l'état antérieur de la technique, notamment du point de vue de la résistance mécanique à l'explosion, du point de vue de la connectique, du point de vue du procédé de fabrication, et enfin du point de vue de 1'inductance.
En ce qui concerne la résistance mécanique, le manchon 19 assure, par l'intermédiaire de la résine durcissable 17, le maintien des éléments de boîtier 7a,7b à l'encontre des efforts et contraintes s'exerçant notamment dans le sens longitudinal, lorsque le dispositif parafoudre est parcouru par un courant de foudre tel que l'énergie dégagée au niveau des pastilles de silicium 20 l'amène dans un état proche de l'explosion.
Le manchon 19 exerce également une action de résistance à l1encontre des efforts s'exerçant dans une direction transversale, c'est-à-dire une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal yy' du dispositif parafoudre, notamment dans sa partie centrale où l'espacement e prévu entre les deux éléments de boîtier 7a et 7b pour les isoler
électriquement constitue une zone de fragilisation du parafoudre.
Par ailleurs il a été constaté que le manchon 19 assure également une autre fonction, à savoir celle de réduire (voire même de supprimer totalement) les fissures qui se forment dans la résine, à des dimensions faibles telles que les phénomènes d'arc électrique ne peuvent plus se produire, évitant ainsi la destruction rapide du parafoudre. En ce qui concerne la connectique, on remarquera que le présent mode de mise en oeuvre est intéressant en ce qu'il fait appel à des connexions électriques de longueur particulièrement réduites, ce qui favorise une vitesse de montée en courant élevée. Par ailleurs, en raison de la forme cylindrique des éléments de boîtier 7a et 7b, la connexion électrique de l'élément parafoudre avec le boîtier de connexion dans lequel il est monté, est réalisée de façon particulièrement efficace. De plus, la forme cylindrique du boîtier 7 autorise une disposition symétrique des éléments actifs ce qui contribue à réduire encore l'inductance.
En ce qui concerne le procédé de fabrication, du mode de mise en oeuvre du parafoudre décrit précédemment, un exemple montrant les quatre étapes essentielles de sa mise en oeuvre est illustré sur les figures 3a à 3d.
Au cours de la première étape (figure 3a), on part d'un tube 12, dont la longueur a est égale à celle de l'élément parafoudre une fois terminé, et qui comporte un fond 9. On introduit ensuite une patte de connexion lia de l'élément de protection 13 à l'intérieur de l'orifice 10, puis l'on fixe, par soudure, ladite patte lia sur le fond 9. Au cours de la seconde étape (figure 3b), on dispose le manchon 19 autour de l'élément de protection 13, puis l'on coule la résine à l'intérieur du tube 12. Au cours de la troisième étape (figure 3c), on met en place la pastille 15, en introduisant la seconde patte de connexion 11b de l'élément de protection 13 dans l'orifice 16 de celle-ci. On fixe alors par soudure, d'une part la pastille 15 sur le tube 12 et d'autre part la patte de connexion 11b sur la pastille 15. Au cours de la quatrième étape (figure 3d) , on réalise une saignée circulaire, par exemple par tournage, au centre du tube 12, de façon à séparer celui-ci en deux éléments de boîtier 7a,7b complètement isolés électriquement l'un de l'autre.
Les essais réalisés par la demanderesse ont établi qu'un tel dispositif parafoudre était en mesure de dériver vers la terre, l'énergie provenant de la foudre d'une part suffisamment rapidement pour empêcher la destruction des appareils électroniques, et d'autre part pendant un temps suffisamment long, avant destruction, pour que des moyens de coupure du
courant de type conventionnel aient le temps d'être activés.
Un autre mode de mise en oeuvre d'un dispositif parafoudre suivant l'invention est représenté sur la figure 4. Sur celle-ci, le boîtier 7 est constitué d'un tube cylindrique, fermé à sa partie inférieure par un fond 9. Dans ce mode de mise en oeuvre, l'élément de protection 13 est constitué de trois pastilles de silicium 20 disposées en série, séparées par des dissipateurs d'énergie 21, et dont une face de connexion est appliquée contre le fond 9 et l'autre se prolonge vers la partie supérieure, c'est- à-dire vers l'orifice de sortie du boîtier 7, par une broche de connexion cylindrique 23. Comme dans le mode de mise en oeuvre précédent, un élément 22 de très forte résistivité diélectrique entoure les pastilles de silicium 20, un manchon 19 est interposé entre l'élément de protection 13 et la paroi interne du boîtier 7. Le manchon 19 se prolonge vers le haut, au-delà de l'élément de protection 13, sur une longueur b, sensiblement jusqu'à l'extrémité ouverte du boîtier 7. Comme dans le mode de mise en oeuvre précédent, le volume interne de la cavité formée à l'intérieur du boîtier 7, est rempli d'une résine isolante de type durcissable. A la différence du dispositif parafoudre précédent, le présent dispositif ne comporte pas de pastille d'obturation. Afin de créer une résistance à l'explosion dans la
direction de la partie ouverte du boîtier 7, on a constitué, du côté de l'ouverture, un volume de résine, renforcé par le manchon 19 dont la masse ainsi que l'adhérence sur la paroi interne du boîtier 7 forme une butée s'opposant aux efforts longitudinaux. Le présent mode de mise en oeuvre peut présenter une résistance à l'explosion élevée. Pour ce faire on jouera sur la longueur b du volume de résine formant butée. On peut bien entendu, suivant l'invention, associer, à l'intérieur du boîtier 7 plusieurs éléments de protection 13a et 13b disposés soit en parallèle, comme représenté sur la figure 5, soit au contraire en série. On peut également intercaler entre le boîtier 7 et l'élément de protection 13 plusieurs manchons coaxiaux.
Claims
1. Dispositif parafoudre constitué d'un boîtier (7) , comportant deux bornes de contact électrique, formé d'au moins un élément de boîtier (7a,7b), renfermant au moins un élément de protection (13) dont les bornes sont reliées électriquement aux bornes de contact, cet élément étant noyé dans une matière isolante (17) contenue dans ledit élément de boîtier (7), caractérisé en ce qu'au moins un manchon (19), mécaniquement résistant, est intercalé dans la matière isolante (17) entre l'élément de boîtier (7) et l'élément de protection (13) et en ce que ledit élément de boîtier (7a,7b) constitue l'une des dites bornes de contact.
2. Dispositif parafoudre suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que le boîtier est constitué de deux éléments de boîtier (7a,7b) isolés électriquement l'un de l'autre.
3. Dispositif parafoudre suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'un (7a) au moins de ces éléments de boîtier (7a,7b) comporte un fond (9), ou paroi transversale formé d'une pièce avec lui, le contact électrique entre l'élément de protection (13) et l'élément de boîtier (7a) se faisant par ledit fond (9) .
4. Dispositif parafoudre suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'autre élément de boîtier (7b) comporte également un fond élément de boîtier (7b) comporte également un fond (15), qui est solidarisé mécaniquement et électriquement de celui-ci, la seconde borne (11b) de l'élément de protection (13) étant en contact électrique avec ledit fond (15) .
5. Dispositif parafoudre suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le manchon (19) est constitué de fibres de verre tissées.
6. Dispositif parafoudre suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le manchon (19) est constitué de fibres de carbone tressées.
7. Dispositif parafoudre suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de protection (13) est constitué de plusieurs composants non linéaires disposés en série.
8. Dispositif parafoudre suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de protection (13) est constitué de plusieurs composants non linéaires disposés en parallèle.
9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs manchons (19) coaxiaux à l'axe longitudinal (yy') du boîtier (7).
10. Dispositif parafoudre suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le boîtier (7) est constitué d'un élément de boîtier unique constitué d'une paroi cylindrique et d'un fond (9) ouvert à l'une de ses extrémités, le boîtier (7) se prolongeant, dans la direction de l'ouverture, suivant une longueur au moins égale à celle de l'élément de protection (13), et son volume interne étant rempli de ladite matière isolante renforcée par le manchon (19) .
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