EP3432429B1 - Électrode composée pour parafoudre basse tension à multi éclateurs en série - Google Patents

Électrode composée pour parafoudre basse tension à multi éclateurs en série Download PDF

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EP3432429B1
EP3432429B1 EP18020336.6A EP18020336A EP3432429B1 EP 3432429 B1 EP3432429 B1 EP 3432429B1 EP 18020336 A EP18020336 A EP 18020336A EP 3432429 B1 EP3432429 B1 EP 3432429B1
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Anyi Zheng
Jun Zhao
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Xiamen Set Electronics Co Ltd
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    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/16—Overvoltage arresters using spark gaps having a plurality of gaps arranged in series
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T2/00—Spark gaps comprising auxiliary triggering means
    • H01T2/02—Spark gaps comprising auxiliary triggering means comprising a trigger electrode or an auxiliary spark gap
    • H—ELECTRICITY
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    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/16—Overvoltage arresters using spark gaps having a plurality of gaps arranged in series
    • H01T4/18—Arrangements for reducing height of stacked spark gaps

Definitions

  • the present invention provides a new configuration for surge arresters with multiple spark gaps in series with compound electrodes.
  • Each spark gap stage consists of a main electrode (4) in non-metallic conductor or alloy, an auxiliary electrode (1) in metallic conductor, and a flexible separating insulator (3), which withstands a very high temperature .
  • the last stage is closed by a main closing electrode (6).
  • the auxiliary electrode (1) is placed in contact with the main electrode (4) by embedding on one side and is followed by the separation insulator (3) on the other side.
  • the main electrodes (4), auxiliary (1), and the insulators (3) of all the stacked spark gaps are arranged between the two clamping plates (2) which are then locked by clips (5).
  • This invention gives a new shape to the main electrode (4) made of non-metallic material or alloy. It is flat on one surface, and has a slightly hollow edge (9) on the other surface. It may be in the form of ⁇ , or C or U, or -, or I, or in circular, or hollow circular, or polygonal, or hollow polygonal form.
  • the main closing electrode (6) retains the same shape as the main electrodes but does not have a hollow edge.
  • the invention introduces an auxiliary electrode (1) in metallic conductor.
  • Said auxiliary electrode (1) may also be in the form of ⁇ , or C or U, or -, or I, or in circular, or hollow circular, or polygonal, or hollow polygonal shape depending on the shape of the main electrode to fit into it. It is therefore placed and clamped between a main electrode (4) and a separation insulator (3).
  • Said metallic conductor electrode comprises the part in contact with the main electrode (7) and a connected connection tab (8) for the connection with a high voltage trigger circuit.
  • the underlined shapes are also applied for the separation insulation (3).
  • the present invention low voltage surge arresters ( ⁇ 1500v) intended for protection against atmospheric and industrial overvoltages. It provides a new configuration for multi-spark arresters in series with compound electrodes.
  • the present invention introduces a metallic conductor electrode following the main electrode (4) of each spark gap stage.
  • This auxiliary electrode (1) in metallic conductor allows both the ignition of the ignition inside the spark gaps at the start of the pulse waves, as well as a low level of protection, and a reinforcement of the extinction of the gas.
  • electric arc thanks to its heat dissipation during the arc. This provides a very strong power to cut the current.
  • Its location between the main electrodes (4) clamped and separated by a flexible insulator (3) allows a long life of the shock current withstand and vibration free at the time of discharge due to electromagnetic force.
  • the present invention is obtained by a compound electrode according to claim 1 and by a surge arrester according to claim 4.
  • the arrester consists of spark gaps stacked in series with compound electrodes.
  • Each spark gap stage consists of a main electrode (4) in non-metallic conductor or alloy, an auxiliary electrode (1) in metallic conductor, and a flexible separation insulator (3), which withstands a very high temperature. .
  • On one side of a main electrode (4) there is a hollow space (9) at the edge thereof, the auxiliary electrode (1) is embedded inside this hollow. The two electrodes are in electrical contact.
  • the number of spark gap stages is determined by the operating voltage.
  • the last stage is closed by a main closing electrode (6).
  • the main electrodes (4), the auxiliary electrodes (1) and the insulators (3) are arranged between the two clamping plates (2) which are then locked by the clips (5).
  • This tightening method supplemented by the surface contact makes it possible to ensure the good contact of the two electrodes, as well as the correct operation of the triggering and to minimize the spark gap ignition voltage.
  • the legs (8) of the auxiliary electrodes (1) in metallic conductor are placed in the same direction for connection with a high voltage trigger circuit.
  • Said main electrode (4) in non-metallic conductor or alloy can be represented either in the form of ⁇ , or C or U, or -, or I, or in circular, or hollow circular, or polygonal, or hollow polygonal. It is flat on one surface, and has a slightly hollow edge (9) on the other surface.
  • the main closing electrode (6) retains the same shape as the main electrodes but does not have a hollow edge.
  • Said electrode in auxiliary conductor (1) in metallic conductor may be represented either in the form of ⁇ , or C or U, or -, or I, or in circular, or hollow circular, or polygonal, or hollow polygonal form depending on the shape of the main electrode to fit into it. It comprises the part in contact (7) "with the main electrode (4) and a connection tab (11) for the connection with a high voltage trigger circuit.
  • Said flexible separating insulator (3) can be represented either in the form of ⁇ , or C or U, or -, or I, or in circular, or hollow circular, or polygonal, or hollow polygonal form.
  • Said main electrode (4) in non-metallic conductor or alloy is arranged on a flat surface and on the other side a recessed part (9) at the electrode edge level.
  • the auxiliary electrode (1) fits into the part of the main electrode (4) hollow (9) and thus comes into electrical contact on the surface therewith.
  • Said metallic conductor auxiliary electrode (1) is made of a metallic material having electrically conductive properties.

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  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • La présente invention apporte une nouvelle configuration pour les parafoudres à multi éclateurs en série avec des électrodes composées. Chaque étage d'éclateurs est constitué d'une électrode principale (4) en conducteur non-métallique ou alliage, une électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique, et un isolant souple de séparation (3), qui résiste à une très haute température. Le dernier étage est clôturé par une électrode principale (6) de fermeture. L'électrode auxiliaire (1) est placée en contact avec l'électrode principale (4) par encastrement d'un côté et est suivi de l'isolant de séparation (3) de l'autre côté. Les électrodes principales (4), auxiliaires (1), et les isolants (3) de tous les éclateurs empilés sont disposés entre les deux plaques de serrage (2) qui sont ensuite verrouillées par des attaches (5).
  • Cette invention donne une nouvelle forme à l'électrode principale (4) en matériau non-métallique ou alliage. Elle est plate d'une surface, et comporte une bordure légèrement creuse (9) sur l'autre surface. Elle peut se présenter soit sous forme de ⊏, ou de C ou de U, ou de -, ou de I, soit sous forme circulaire, ou circulaire creuse, ou polygonale, ou polygonale creuse. L'Electrode principale de fermeture (6) conserve la même forme que les électrodes principales mais ne comporte pas de bordure creuse.
  • L'invention introduit une électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique. Ladite électrode auxiliaire (1) peut aussi se présenter soit sous forme de ⊏, ou de C ou de U, ou de -, ou de I, soit sous forme circulaire, ou circulaire creuse, ou polygonale, ou polygonale creuse dépendant de la forme de l'électrode principale pour s'y encastrer. Elle est donc placée et serrée entre une électrode principale (4) et un isolant de séparation (3). Ladite électrode en conducteur métallique comprend la partie en contact avec l'électrode principale (7) et une patte reliée de connexion (8) pour la liaison avec un circuit de trigger en haute tension.
  • Les formes soulignées sont également appliquées pour l'isolant de séparation (3).
  • Cette nouvelle configuration crée un nouveau parafoudre basse tension. Voici les caractéristiques qui le distinguent pour un parafoudre modulaire en dimension standard de 18mm d'épaisseur :
    • Un très fort pouvoir d'écoulement, 10 chocs de 25kA en onde 10/350µs et 120kA en 8/20µs
    • Un faible niveau de Protection (<1,5kV) qui permet une bonne protection de la plupart des équipements électroniques.
    • Une tension de service élevée (Uc peut atteindre 500 V en AC)
    • Un ratio Up/Un < 3
      Up : niveau de protection ; Un : tension de service
    • Une grande capacité d'extinction du courant de suite>6kA sous 385Vac
    • Faible volume 65mm∗90mm∗18mm
    Domaine technique
  • La présente invention des parafoudres basse tension (<1500v) destinés à la protection contre les surtensions atmosphériques et industrielles. Elle apporte une nouvelle configuration pour les parafoudres à multi éclateurs en série avec des électrodes composées.
    • Contexte
  • Il y a actuellement des parafoudres basse tension composés des multi éclateurs en électrode graphite. Ces parafoudres ont de forts pouvoirs d'écoulement en onde 10/350µs et 8/200µs, une forte tenue de la température par le matériau graphite et un faible coût économique ( EP 2 615 703 A2 (DEHN & SOEHNE [DE]) ; WO 2017/080825 A1 (DEHN + SÖHNE GMBH + CO KG [DE])). Cependant ces parafoudres ont deux grands défauts. Les voici ci-dessous :
    1. 1) L'électrode de déclenchement n'est pas stable. Elle se compose simplement d'un point de contact mécanique d'une aiguille avec l'électrode graphite à l'extérieur de l'éclateur de décharge. Au moment de la décharge du courant impulsif, il y a une vibration due à la force électromagnétique et cela entraîne des coupures de contact. De plus, à la suite du courant de décharge répétitif, les points de contact entre les aiguilles de de déclenchement et les électrodes graphites sont oxydés, ou détériorés par les casses des électrodes graphite. Le déclenchement d'amorçage des éclateurs de décharge ne fonctionnera alors plus : soit à cause de la coupure de contact, soit à cause du mauvais contact.
    2. 2) La tension d'amorçage élevée U amorçage sous l'onde 1.2/50µs > 2kV et ainsi son niveau de protection élevé (Up=Uc) à cause d'un manque de déclenchement à l'intérieur de l'éclateur graphite au début de l'onde impulsionnelle.
  • Ces parafoudres existants comptent une autre caractéristique qui peut être qualifiée de point faible. Au niveau de l'extinction, le parafoudre est capable de couper le courant de suite une fois amorcé sous la tension de service mais le nombre d'éclateurs de graphite est trop important pour une telle tension de service, ce qui est indésirable pour la miniaturisation des parafoudres.
  • Pour remédier à cette faille, la présente invention introduit une électrode en conducteur métallique suivant l'électrode principale (4) de chaque étage d'éclateurs. Cette électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique permet à la fois l'ignition de l'amorçage à l'intérieur des éclateurs au début des ondes impulsionnelles, ainsi qu'un faible niveau de protection, et un renforcement de l'extinction de l'arc électrique grâce à sa dissipation de chaleur durant l'arc. Cela procure un très fort pouvoir de coupure du courant de suite. Son emplacement entre les électrodes principales (4) serrées et séparées par un isolant souple (3) permet une longue durée de vie de la tenue en courant de chocs et sans vibration au moment de décharge dû à la force électromagnétique.
    • Exposé de l'invention
  • La présente invention est obtenue par une électrode composée selon la revendication 1 et par un parafoudre selon la revendication 4. Le parafoudre est constituée des éclateurs empilés en série avec des électrodes composées. Chaque étage d'éclateur est constitué d'une électrode principale (4) en conducteur non-métallique ou alliage, une électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique, et un isolant souple de séparation (3), qui résiste à une très haute température. Sur une face d'une électrode principale (4), il y a un espace creux (9) au bord de celle-ci, l'électrode auxiliaire (1) est encastrée à l'intérieur de ce creux. Les deux électrodes sont en contact électriquement. Le nombre des étages des éclateurs est déterminé par la tension de service. Le dernier étage se clôture par une électrode principale de fermeture (6). Les électrodes principales (4), les électrodes auxiliaires (1) et les isolants (3) sont disposés entre les deux plaques de serrage (2) qui sont ensuite verrouillées par les attaches (5). Ce mode de serrage complémenté par le contact en surface permet d'assurer le bon contact des deux électrodes, ainsi que le bon fonctionnement du déclenchement et de minimiser la tension d'amorçage des éclateurs. Les pattes (8) des électrodes auxiliaires (1) en conducteur métallique sont placées dans une même direction pour la connexion avec un circuit de trigger en haute tension.
  • Ladite électrode principale (4) en conducteur non-métallique ou alliage peut se représenter soit sous forme de ⊏, ou de C ou de U, ou de -, ou de I, soit sous forme circulaire, ou circulaire creuse, ou polygonale, ou polygonale creuse. Elle est plate d'une surface, et comporte une bordure légèrement creuse (9) sur l'autre surface. L'Electrode principale de fermeture (6) conserve la même forme que les électrodes principales mais ne comporte pas de bordure creuse.
  • Ladite électrode en conducteur auxiliaire (1) en conducteur métallique peut se représenter soit sous forme de ⊏, ou de C ou de U, ou de -, ou de I, soit sous forme circulaire, ou circulaire creuse, ou polygonale, ou polygonale creuse dépendant de la forme de l'électrode principale pour s'y encastrer. Elle comprend la partie en contact (7) "avec l'électrode principale (4) et une patte (11) de connexion pour la liaison avec un circuit de trigger en haute tension.
  • Ledit isolant souple de séparation (3) peut se représenter soit sous forme de ⊏, ou de C ou de U, ou de -, ou de I, soit sous forme circulaire, ou circulaire creuse, ou polygonale, ou polygonale creuse.
  • Ladite électrode principale (4) en conducteur non-métallique ou alliage est disposée d'une surface plate et d'autre face une partie en creux (9) au niveau du bord de l'électrode.
  • L'électrode auxiliaire (1) s'encastre dans la partie de l'électrode principale (4) en creux (9) et entre ainsi en contact électriquement en surface avec celui-ci.
  • Ladite électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique est constituée d'un matériau métallique ayant des propriétés conductrices électriques.
    • DESCRIPTION DES FIGURES
    • La figure 1 est un dessin schématique de la technologie actuelle sur le marché ;
    • Les figures 2 sont des dessins schématiques d'un mode de réalisation de l'invention ;
      • La figure 2-a correspond à un dessin des multi éclateurs empilés en série avec une électrode principale de fermeture (6) ;
      • La figure 2-b correspond à un dessin des plaques de serrage (2) et des attaches (5) qui fixent les multi éclateurs ;
      • La figure 2-c correspond à un dessin des multi éclateurs fixés entre les plaques de serrages (2) et des attaches (5) ;
    • La figure 3 est un dessin schématique de l'électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique en forme de ⊏. Elle comporte une partie en contact avec l'électrode principale (7) et une patte de connexion (8) ;
    • La figure 4 est un dessin schématique de l'électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique en forme de -. Elle comporte une partie en contact avec l'électrode principale (7) et une patte connexion (8) ;
    • La figure 5 est un dessin schématique de l'électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique en forme rectangulaire. Elle comporte une partie en contact avec l'électrode principale (7) et une patte connexion (8) ;
    • La figure 6 est un dessin schématique de l'électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique en forme carrée. Elle comporte une partie en contact avec l'électrode principale (7) et une patte connexion (8) ;
    • La figure 7 est un dessin schématique de l'électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique en forme elliptique. Elle comporte une partie en contact avec l'électrode principale (7) et une patte connexion (8) ;
    • La figure 8 est un dessin schématique de l'électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique en forme triangulaire. Elle comporte une partie en contact avec l'électrode principale (7) et une patte connexion (8) ;
    • La figure 9 est un dessin schématique de l'électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique en forme hexagonale. Elle comporte une partie en contact avec l'électrode principale (7) et une patte connexion (8) ;
    • La figure 10 est un dessin schématique de l'électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique en forme circulaire. Elle comporte une partie en contact avec l'électrode principale (7) et une patte connexion (8) ;
    • La figure 11 est un dessin schématique d'une électrode principale (4) en conducteur non-métallique ou alliage munie d'une partie creuse (9);
    • La figure 12 est un dessin schématique d'une électrode principale (6) en conducteur non-métallique ou alliage sans partie creuse pour la fermeture du dernier étage des multi éclateurs.
    DESCRIPTION DETAILLÉE D'AU MOINS UN MODE DE RÉALISATION DE L'INVENTION
  • Le modèle utilitaire est décrit plus en détail en référence à l'exemple suivant.
  • La structure d'un parafoudre à multi éclateurs en série avec des électrodes composées est représentée sur les figures 2.
    • Fig. 2-a : électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique avec patte conductrice
    • Fig. 2-a : isolant souple de séparation (3)
    • Fig. 2-a : électrode principale (4) en conducteur non-métallique ou alliage, disposée d'une face plate et d'autre face une partie en creux (9)
    • Fig.2-a : électrode principale de fermeture (6) en conducteur non-métallique ou alliage sans partie creuse
    • Fig. 2-b : plaques de serrage (2)
    • Fig. 2-b : attache (5)
    • Fig. 2-c : électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique avec patte
    • Fig. 2-c : isolant souple de séparation (3)
    • Fig. 2-c : électrode principale (4) en conducteur non-métallique ou alliage, disposée d'une face plate et d'autre face une partie en creux (9)
    • Fig. 2-c : électrode principale de fermeture (6) en conducteur non-métallique ou alliage sans partie creuse
  • L'électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique avec patte de connexion est représentée sur les figures 3 à 10.
    • Fig. 3 à 10 : partie en contact avec l'électrode principale (7)
    • Fig. 3 à 10 : patte de connexion (8)
  • L'électrode principale (4) en conducteur non-métallique ou alliage est représentée sur les figures 11 et 12.
    • Fig. 11 : électrode principale (4) en conducteur non-métallique ou alliage, disposée d'une face plate et d'autre face une partie en creux (9)
    • Fig. 12 : électrode principale de fermeture (6) en conducteur non-métallique ou alliage sans partie creuse
  • Les principes de base, les caractéristiques principales et les avantages du modèle utilitaire ont été démontrés et décrits ci-dessus. Le personnel technique de ce domaine devrait comprendre que la présente invention ne se limite pas à l'exemple cité ci-dessus. Celui-ci et la description de la fiche n'illustrent simplement que les principes de la présente invention. Les caractéristiques et avantages de l'invention décrits précédemment sont donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif et ne limitent pas l'invention qui est définie par les revendications.

Claims (6)

  1. Électrode composée pour parafoudre basse tension à multi éclateurs en série, l'électrode composée comprenant une électrode principale (4) en conducteur non-métallique ou alliage et une électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique, caractérisée en ce que l'électrode auxiliaire (1) est encastrée dans un espace creux (9) de l'électrode principale (4) et est en contact électrique d'un côté avec une surface de l'électrode principale (4), l'électrode auxiliaire étant configurée pour entrer en contact de l'autre côté avec un isolant souple de séparation (3) pour former un éclateur, l'électrode auxiliaire (1) comprenant la partie en contact (7) avec l'électrode principale (4) ainsi qu'une patte (8) de connexion pour la liaison avec un circuit de déclenchement en haute tension.
  2. Électrode composée selon la revendication 1 pour parafoudre basse tension à multi éclateurs en série caractérisée en ce que son électrode principale (4) en conducteur non-métallique ou alliage se présente soit sous forme de ⊏, ou de C ou de U, ou de -, ou de I, soit sous forme circulaire, ou circulaire creuse, ou polygonale, ou polygonale creuse.
  3. Électrode composée selon la revendication 1 pour parafoudre basse tension à multi éclateurs en série caractérisée en ce que son électrode auxiliaire (1) en conducteur métallique, constituée d'un matériau métallique ayant des propriétés conductrices, est " "plate et dont la partie en contact avec l'électrode principale (7) se présente soit sous forme de ⊏, ou de C ou de U, ou de -, ou de I, soit sous forme circulaire, ou circulaire creuse, ou polygonale, ou polygonale creuse, et dispose d'une patte de connexion (8) pour la liaison avec un circuit de trigger en haute tension.
  4. Parafoudre basse tension à multi éclateurs en série comprenant plusieurs électrodes composées empilées en série selon la revendication 1, et comprenant en outre
    - pour chaque électrode composée, un isolant souple de séparation (3) séparant physiquement et électriquement ladite électrode composée de l'électrode principale (4) de l'électrode composée adjacente formant ainsi un éclateur ;
    - une électrode principale de fermeture (6) disposée au-dessus de l'empilement des électrodes composées ;
    - deux plaques de serrage (2) serrant les électrodes composées et l'électrode de fermeture (6) entre elles, et ;
    - des attaches (5) verrouillant les plaques de serrage (2), les pattes (8) des électrodes auxiliaires (1) des électrodes composées étant dirigées dans une même direction.
  5. Parafoudre basse tension à multi éclateurs en série comprenant plusieurs électrodes composées empilées en série selon la revendication 4, caractérisé en ce que les électrodes principales (4) en conducteur non-métallique ou alliage disposées d'une surface plate et d'autre surface comportant une partie creuse (9) au niveau du bord de l'électrode qui permet à l'électrode auxiliaire (1) d'entrer en contact avec l'électrode principale (4) par encastrement et le mode de serrage complémenté par le contact en surface permettent d'assurer le bon contact des deux électrodes, ainsi que le bon fonctionnement du déclenchement, à savoir le déclenchement de l'amorçage à l'intérieur des éclateurs.
  6. Parafoudre basse tension à multi éclateurs en série comprenant plusieurs électrodes composées empilées en série selon la revendication 4, caractérisée en ce que les isolants souples de séparation (3), résistent à une très haute température et se présentent soit sous forme de ⊏, ou de C ou de U, ou de -, ou de I, soit sous forme circulaire, ou circulaire creuse, ou polygonale, ou polygonale creuse.
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