Brevet FR2088316A1 — publié le 19720107

La présente invention est relative à un fusible électrique à remplissage de sable, c'est-à-dire à un fusible du genre dans lequel la rupture du courant se fait au moyen d'un arc qui jaillit à l'intérieur d'une matière isolante granulaire étroitement ser-5 rée, composée de grains de dimensions uniformes ou variables. Dans cette technique, cette matière est habituellement dénommée sable, quelle que soit sa composition chimique exacte. Le fonctionnement des fusibles électriques peut se diviser en deux périodes, la période de fusion ou période précédant l'arc, 10 laquelle est comprise entre le moment où le courant, par exemple un courant de court-circuit, commence à circuler, et le moment où le fusible fond et ouvre le circuit métallique, et la période de l'arc laquelle est comprise entre cet instant de l'ouverture du circuit métallique et la coupure ultérieure du courant. 15 Lorsque l'élément fusible fond et que l'arc s'établit, il est important, pour l'obtention d'un fonctionnement satisfaisant du fusible, que la tension qui s'établit aux bornes de l'arc ait et conserve une valeur convenable par rapport à la tension du circuit dans lequel le fusible est inséré. 20 Pour obtenir de façon certaine une tension d'arc convenable, il faut distinguer deux considérations différentes. Le fusible peut être conçu de telle sorte qu'il se forme une multitude d'arcs reliés en série, ou bien de telle sorte qu'il se forme un arc long mais ces deux conditions ne s'excluent pas l'une l'autre. Il y a 25 encore deux autres conditions qui contribuent à l'augmentation de la tension d'arc, comme le refroidissement à partir de la matière de remplissage entourant l'arc et l'augmentation de pression dans l'espace limité dans lequel l'élément fusible et la matière de remplissage sont enfermés. 30 On peut obtenir un arc long en provoquant la fusion d'un long fil cylindrique, mais cette méthode présente certains inconvénients par exemple celui de conduire à un fusible qui fond plutôt lentement. Il est connu-d'éviter ces inconvénients par l'utilisation d'un éléra-mfc fusible présentant une section transversale réduite 35 en un ou davantage d'emplacements. En cas de surintensité, une telle partie de section réduite fond en premier, et ensuite l'arc s'allonge par la fusion progressive d'une partie de plus en plus grande de l'élément fusible. Le but de la présente invention est de parvenir à des procé-fyO dés favorisant l'allongement de l'arc pendant la période de jail 71 15952 2. 2088316 lissement de l'arc, de manière à augmenter par ce moyen la tension d'arc et, ainsi, de réduire la durée de la période de jaillissement de l'arc d'un fusible électrique du genre précité. Ce but est atteint, conformément à la présente invention, en 5 entourant l'élément fusible d'un remplissage qui consiste en des matériaux qui donnent naissance à une réaction chimique de caractère exothermique, à des températures supérieures à la température de fusion de l'élément fusible. Sur les dessins annexés : 10 Fig. 1 représente un élément fusible de type connu. Fig. 2 représente un diagramme de la tension aux bornes de 1 ' arc.. Une forme de réalisation préférée de l'invention va maintenant être décrite. 15 L'élément fusible, dont une partie est représentée dans la fig. 1, se compose d'une bande ou d'un ruban de métal 11 qui, à un endroit approprié, est percé d'un trou 12 ayant pour effet de réduire la section transversale. Une telle réduction constitue un affaiblissement de l'élément fusible à l'emplacement considéré, 20 affaiblissement qui a pour effet que l'élément fusible a davantage tendance à fondre à cet endroit. On peut, tout pareillement, obtenir un affaiblissement de l'élément fusible par n'importe quel autre procédé connu, par exemple au moyen d'une augmentation de la résistance électrique par une opération d'alliage, par le mo-25 yen d'un refroidissement réduit, ou bien simplement par des variations quelconques des parties environnantes. Quand il se pro- 4 duit une surintensité, l'élément fusible fond d'abord à l'endroit qui a été affaibli, par le moyen de quoi il se forme un arc court. Toutefois, l'arc court formé représente un certain voltage, 30 et lorsque le courant, circule, cela représente un dégagement d'énergie. La tension de l'arc peut être considérée comme se composant de trois parts, ainsi que cela est représenté dans la fig. 2. A proximité immédiate ' de^fe points d'attache de l'arc, il se produit deux chutes de tension pratiquement constantes, ce qu'on 35 appelle la chute de cathode 1 et la chute d'anode 2, et dans l'arc compris dans l'intervalle, dans le plasma, il se produit une chute de plasma 3 qui est à peu près proportionnelle à la longueur de 1 ' arc. La propriété caractéristique des deux chutes de tension 1 et 40 2, c'est-à-dire de la chute de cathode et de la chute d'anode, 71 15952 3. 2088316 consiste dans le fait qu'elles se produisent dans le voisinage immédiat de l'élément fusible. Ainsi, l'énergie associée à ces chutes de tension est dégagée sur l'élément fusible lui-même et absorbée par cet élément fusible, sous la forme de chaleur qui 5 est transaise à la partie de l'élément fusible qui est immédiatement à l'arrière de la surface. Le résultat consiste en ce que cette partie de l'élément fusible subit un échauffement jusqu'à la fusion. Comme la chute de cathode et la chute d'anode sont des valeurs essentiellement constantes, l'énergie dégagée sera pro-10 portionnelle à l'intensité du courant multipliée par le temps écoulé, ou bien, autrement dit, proportionnelle à l'intégrale de l'intensité du courant dans l'étendue de l'intervalle de temps considéré. Si on considère que le chauffage est adiabatique et si on 15 néglige la chaleur fournie par la résistance métallique de l'élément fusible, l'allongement de l'arc est proportionnel à l'intégrale de l'intensité du courant dans les limites de la période de temps écoulée. Comme ceci constitue en fait une loi de la nature, il n'est pas possible de favoriser l'allongement par des 20 méthodes traditionnelles, et on constate que toute variation introduite dans le but d'accroître la vitesse à laquelle l'arc s'allonge est accompagnée d'autres variations de tendance contraire. Dans le cas où il ne s'agit que d'un seul arc, il est connu de provoquer un allongement supplémentaire de l'arc par des mo-25 yens mécaniques, à savoir en écartant l'une de l'autre les deux parties de l'élément fusible. Ceci constitue une solution pratique pour des éléments fusibles entourés d'air, mais cette solution n'est pas aussi pratique quand l'élément fusible est entouré d'une matière granuleuse étroitement serrée. 30 Toutefois, par l'introduction d'un processus chimique exo thermique intéressant le métal de l'élément fusible et la charge de remplissage qui l'entoure, processus qui s'accomplit à des températures supérieures au point de fusion de l'élément fusible, ainsi que cela est proposé selon l'invention, on dispose d'une 35 fourniture supplémentaire d'énergie pour la fusion de l'élément fusible, par conséquent l'allongement de l'arc s'accomplit plus rapidement. Après la fusion de la partie affaiblie de l'élément fusible, l'énergie électrique et chimique provoque une destruction progressive de la partie restante de l'élément fusible, et 2f0 le métal conducteur du courant électrique de l'élément fusible se 71 15952 h. 2088316 trouve transformé en.un composé chimique électriquement isolant. C'est une condition pour le bon résultat de la présente invention que la réaction chimique n'ait pas lieu à n'importe quelle valeur de la température pouvant régner dans le fusible pendant 5 le service normal, et qu'elle ne puisse se produire qu'à des températures existant sous l'influence de l'arc à l'emplacement de ses points d'amorçage, c'est-à-dire des températures supérieures au point de fusion du métal de base de l'élément fusible. Ce n'est pas une condition nécessaire pour l'invention que 10 l'élément fusible présente un ou davantage d'emplacements où l'élément a été affaibli, mais ces affaiblissements offrent l'avantage pratique de fournir des points d'amorçage bien définis pour l'arc. Pour cela, il suffit que l'affaiblissement soit simplement faible, et corresponde par exemple à une diminution de la section 15 transversale de 10 à 20 %. L'affaiblissement doit, de préférence, ne pas dépasser 90 %. L'invention va être décrite, en outre, à l'aide des exemples suivants. Dans l'une des formes de réalisation de l'invention, on peut 20 utiliser un élément fusible du type représenté dans la fig. 1. L'élément fusible se compose essentiellement d'aluminium, et il est enfermé dans du sable de quartz qui est un oxyde de silicium.• Après formation d'un arc à l'emplacement où l'élément fusible a été affaibli, l'aluminium qui, chimiquement, est très actif entre 25 en réaction avec le sable de quartz. Des expériences pratiques ont conduit à des cas où l'énergie disponible pour la destruction de l'élément fusible a été plus que doublée, c'est-à-dire qu'on peut obtenir le même allongement de l'arc en moins de la moitié du temps. 30 Une autre forme de réalisation de l'invention fait usage d'un élément fusible constitué essentiellement de magnésium qu'on fait entrer en réaction de la même manière avec une charge constituée par du sable de quartz. D'autres exemples restant dans le'cadre de l'invention sont 35 facilement réalisables par l'étude de réactions chimiques connues entre divers métaux et matières constituant des charges de remplissage. 71 15952 5. 2088316 REVENDICATIONS 1. Fusible électrique rempli de sable, caractérisé par le fait que l'élément fusible et la charge de remplissage qui l'entoure consistent en des matières, ou contiennent des ma- 5 tières, qui réagissent entre elles chimiquement suivant un processus exothermique à des températures supérieures au "point de fusion de l'élément fusible. 2. Fusible électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matière de remplissage est consti- 10 tuée par du sable de quartz. 3. Fusible électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément fusible se compose principalement d'aluminium. 4. Fusible électrique selon la revendication 1, carac-15 térisé par le fait que l'élément fusible se compose principalement de magnésium.