Brevet FR2116368A1 — publié le 19720713

La présente invention concerne un dispositif du type " limiteur d'intensité de courant électrique " destiné à limiter le courant traversant un équipement quelconque d'utilisation, afin de protéger cet équipement contre les risques de surcharge. 5 Ceci a pour but d'accroître la capacité des tables de comman de centralisées de moteurs électriques, en raison de la forte demande qui est faite pour l'accroissement de capacité des installations électriques sans augmentation de son encombrement. Ceci a pour conséquence que les tables de commande centralisées peuvent admettre des courants extrêmement 10 élevés,de 50 Ka à 100 Ka par exemple, sans provoquer de courts-circuits. Les coupe-circuits capables de protéger contre les pointes de courant de cette importance tendent toujours à être d'une capacité et d'un volume plus grands que nécessaire, pour s'assurer de leur capacité de rupture. 15 Or il y a actuellement une forte demande pour des équipements électriques de plus petit volume et particulièrement des appareils limiteurs de courant, aussi bien que des " réactors " limitant . Le dispositif limiteur de courant est incorporé dans les tableaux de contrôle centralisés des moteurs électriques en même temps que d'autres équipements de con-20 trôle électrique tels que coupe-circuits, interrupteurs sans fusible, commutateurs magnétiques et relais thermiques, tous ces éléments étant reliés entre eux à l'aide de fils de connection. Les dispositifs limiteurs de courant sont généralement placés à l'intérieur du tableau de commande, ce qui entraftie pour ce tableau des dimensions trop importantes. 25 De même les fils de connection entre les appareils limitant le courant et les autres éléments de circuit à l'intérieur du tableau forment un ensemble complexe, dont l'entretien et l'inspection deviennent difficiles. En outre l'assemblage et la pose des fils dans ces tableaux deviennent laborieux, de sorte que le coût en est élevé. 30 Selon un premier aspect de la présente invention le dispositif limitant le courant comprend un conducteur électrique constitué de un ou plusieurs fils métalliques dont la résistance électrique a un coefficient de température élevé, ledit conducteur étant revêtu d'une gaine résistant à la chaleur entourée elle-même par une gaine isolante . Le fil est constitué 35 de préférence par un élément du Groupe 8 tel que fer, nickel et cobalt, ou un alliage d'un élément du Groupe 8 avec l'addition de un ou plusieurs éléments . Les composants de ce fil sont choisis convenablement pour lui conférer une structure qui allie à une force mécanique suffisante une résis-4-0 tance électrique et une résistance à la fusion satisfaisantes. 71 3h57k 2 2116368 Selon un second aspect, l'invention vise un appareil électrique comportant un dispositif limitant le courant connecté entre le réseau et l'équipement électrique et protégeant ce dernier, l'élément limitant le courant étant constitué par un conducteur électrique formé de un ou plu-5 sieurs fils d'un métal ayant du point de vue de sa résistance électrique un haut coefficient de température, jouant ainsi le rôle de limiteur de courant quand un courant d'intensité élevée le traverse, ledit conducteur étant protégé extérieurement par une gaine isolante. Un troisième aspect de l'invention réside dans un appareillage 10 électrique comprenant une source d'énergie électrique, un organe commandé, un coupe-circuit connecté à cet organe et un ou plusieurs éléments limiteurs de courant, le ou lesquels sont connectés entre l'arrivée du courant et le coupe-circuit d'entrée. Chacun de ces éléments limiteurs de courant comprend un conducteur électrique constitué de un ou plusieurs 15 fils d'un métal dont la résistivité électrique a un coefficient de température élevé, de telle manière qu'il provoque la limitation du courant qui le traverse lorsque celui-ci atteint une haute intensité. Ledit conducteur est revêtu d'une gaine isolante . De cette façon il devient inutile d'avoir dans le tableau de con-20 trôle d'un moteur électrique un équipement spécial, volumineux, comme limiteur de courant. A cet effet l'élément limiteur de courant est ici constitué par un des conducteurs reliant la source d'énergie au coupe-circuit d'entrée du tableau de contrôle. 25 L'invention sera plus aisément comprise au moyen des dessins annexés et de la description suivante, donnés à titre d'exemple seulement , d'une part d'un élément limiteur de courant conforme à l'invention et d'autre part d'un circuit comportant un certain nombre de ces éléments : La figure 1 est un dessin en perspective, partiellement rompu, 30 montrant un élément limiteur de courant constitué par un fil de résistance. La figure 2 montre des courbes caractéristiques illustrant la variation de la résistance spécifique en fonction de la température d'un fil de résistance fait de trois métaux différents. La figure 3 est un dessin en perspective montrant une section 35 partielle d'un élément limiteur de courant selon un autre mode de réalisation . La figure 4 est une vue de face d'un tableau de contrôle pour un moteur par exemple. Les figures 5 (a) et 5 (b) sont respectivement des vues de pro-40 fil et en plan de l'appareil de la figure 4 . 71 34574 3 2116368 La figure 6 est un diagramme du circuit d'une des unités formant l'appareil de la figure 4 . L'élément 1 limitant le courant, représenté dans la figure 1, est formé d'un simple fil 2 d'un matériau résistant limitari le courant. Ce 5 matériau est compilé d'un seul élément du Groupe 8 ou avec un alliage de plusieurs éléments, le matériau utilisé étant de préférence du fer ou un alliage de ferro-cobalt ou tungstène. La figure 2 montre la variation de la résistance spécifique en fonction de la variation de température de 0° C à 2000° C pour les trois 10 matériaux cités , fer, alliage de fer-cobalt et tungstène . On constate ainsi que la résistance spécifique de tels matériaux s'accroit entre 10 et 20 fois la valeur initiale. La périphérie du fil 2 est revêtue d'une gaine 3 résistant à la chaleur constituée en un matériau réfractaire tel que fibre de verre ou fi-15 bre d'amiante, cette gaine réfractaire étant elle-même recouverte par une gaine d'isolation électrique faite d'un matériau qui a une résistance d'isolement suffisante , tel que le caoutchouc synthétique ou le polytétrafluoré-thylène, de préférence, sous sa forme vendue sous le nom commercial de " Téflon " . 20 Quand le dispositif limitant le courant doit être incorporé dans un appareil électrique il est réduit à la longueur convenable correspondant aux dimensions entre l'équipement connecté et les bornes de branchement , tel qu'il est illustré par les figures S ( a ) et 5 (b). 11 sera immédiatement constaté que, quand un excès de courant 25 se produira, le courant fera accroître la température du fil 2 qu'il parcourt, ce qui provoquera par conséquent l'accroissement de la résistance électrique de ce même fil, conformément aux courbes de la figure 2, ce qui limitera par le fait même l'intensité du courant traversant l'élément et fourni à l'équipement qui sera ainsi protégé. 30 Selon la figure 3 le conducteur 7 constituant l'élément limiteur de courant est formé d'un faisceau de fils obtenu par torsion d'un certain nombre de fils résistants, chacun étant constitué d'un matériau similaire à celui du conducteur 2 dont la résistivité électrique a un gradient de température élevé. Le conducteur 7 est revêtu extérieurement d'une gaine 8 35 résistant à la chaleur similaire à la gaine 3 de la figure 1 et ensuite par une gaine isolante 9 similaire à la gaine 4 de la figure 1 . Dans les figures 1 et 3 l'extérieur de la gaine résistant à la chaleur 3 ou 8 peut être renforcé par une application de vernis silicone. Le tableau suivant montre la composition du conducteur 7 limi-40 teur de courant de la figure 3 . 71 34574 h 2116368 Disposition de l'âme Surface en coupe ( mm 2) 1,0 0 x 7 brins 5,5 1,20 x 7 brins 8 1,6 0 x 7 brins 14 5 2,0 0 x 7 brins x 22 Une application des dispositifs limiteurs de courant sera maintenant décrite telle que représentée par les figures 4 à 6 . Dans la figure 4 un tableau de contrôle centralisé 10, pour moteurs électriques par exemple, est représenté étant constitué par plu-10 sieurs rangées d'étages groupant les blocs de contrôle ll(a) , ll(b) , ll(c) La façade du tableau 10 est divisée en un nombre de cases, dont chacune reçoit un bloc de commande séparé et à l'arrière il y a les bornes de connection reliées à la source d'énergie électrique. Chacun de ces blocs de commande 11, pourvu d'un équipement électrique amovible et interchangea-15 ble tels que coupe-circuits et contacts électromagnétiques, est placé dans une case destinée à le recevoir. Une de ces unités de contrôle 11 est représentée à une plus grande échelle sur les figures 5(a) et 5(b) et comprend un interrupteur de circuit sans fusible 13, un contacteur électromagnétique 14 et un relai 20 thermique 15 monté dans un coffre 12 formant bloc d'un volume adéquat. Le coffre 12 comporte un support de fixation 16 pour l'interrupteur 13 . Ainsi que représenté sur les figures 5 et 6 cet équipement de protection 13, 14, 15 est connecté en série d'une part avec la ligne principale 18 au moyen des conducteurs 17 (a) et d'autre part avec l'organe contrôlé 19, 25 tel qu'un moteur, au moyen des conducteurs 17. La ligne principale 18 est reliée à une source d'énergie électrique. Les conducteurs reliant la ligne principale 18 et le bloc ll(a) sont constitués par des longueurs de fils de résistance limiteurs de courant tels que représentés sur les figures 1 ou 3 . Comme représenté les con-30 ducteurs 17 (a) sont branchés à l'entrée de l'interrupteur 13 et passent à travers le trou 16 ( a) ménagé dans le support 16 à l'arrière de la boite 12 où ils sont reliés aux contacts 21, qui peuvent être eux-mêmes reliés à la ligne principale 18, étant supportés par une plaque isolante moulée 20 appliquée le long de la face arrière du coffre 12 . Comme représenté 35 sur la figure 2, les conducteurs de résistance limitateurs de courant utilisés pour la construction des conducteurs 17(a) sont caractérisés par le fait qu'ils ont normalement une faible résistance ne provoquant en utilisation normale qu'une perte de puissance extrêmement faible ; mais quand une élévation subite d'intensité survient, par exemple lorsque se produit 40 un court-circuit, leur propre échauffement par effet Joule augmente leur 71 34574 5 2116368 température jusqu'à ce qu'il présente une résistance élevée qui limite efficacement l'excès de courant. Il est préférable de connecter les conducteurs limiteurs de courant 17 à l'entrée des interrupteurs 13 plutôt qu'à un autre point de 5 l'appareil. En effet, quand un court-circuit accidentel survient à l'intérieur de l'appareil de commande ou dans l'appareil commandé 19 auquel il est relié , l'accroissement d'intensité dans la résistance limite efficacement l'excès de courant, de sorte que l'interrupteur peut de ce fait présenter lui-même une capacité de rupture inférieure à celle qui serait nécessaire 10 sans cette disposition . C'est ainsi qu'en connectant de cette manière les conducteurs-résistances limiteurs de courant à un interrupteur de 5 KA seulement il est possible de protéger efficacement un circuit subissant un courant de court-circuit de 50 KA . Le fait que les conducteurs limiteurs de courant sont connectés à l'équipement du côté de l'entrée de la ligne 15 principale réduit de façon très efficace l'effet que pourrait avoir sur l'équipement de contrôle 13,14 , 15 et sur l'appareil contrôlé 19 une élévation accidentelle d'intensité provenant de la source d'énergie ou un accident survenant dans la ligne principale. Un autre avantage d'avoir les conducteurs limiteurs de courant 20 connectés à l'appareil de contrôle du côté de l'arrivée du courant est que la légère chaleur émanant de ces conducteurs, correspondant à leur faible perte d'énergie, n'a que peu d'influence sur le fonctionnement du relai thermique 15 qui se trouve ainsi éloigné de ces conducteurs 17 (a ) , ou bien en est séparé par la paroi arrière du coffre 12 . 25 Comme il va de soi , l'obligation de séparer les dispositifs, tels que les résistances limitant le courant, du limiteur de courant de l'appareil commandé 19 est résolue, les éléments limiteurs de courant étant purement et simplement installés à la place des fils normaux reliant l'équipement à la ligne principale 18 . De ce fait l'équipement dans son 30 ensemble peut être plus petit, ce qui entrafne une économie. Et même, pour les raisons déjà expliquées, les divers éléments de contrôle 13,14, 15 peuvent être installés plus petits encore que ce qu'ils devraient être normalement prévus même pour des courants de pointe plus petits que ce qu'ils sont capables de contrôler grâce aux dispositif et à la disposition 35 ci-dessus décrits. 71 34574 6 2116368 REVENDICATIONS 1°) - Dispositif limiteur de courant, caractérisé par le fait qu'il est constitué par un conducteur électrique comportant un ou plusieurs fils d'un métal dont la résistivité 5 a un grand coefficient de température, ce ou ces fils étant recouverts d'une gaine isolante. 2°) - Dispositif limiteur de courant conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une gaine résistant à la chaleur est 10 interposée entre le ou les fils et la gaine isolante. 3°) - Dispositif limiteur de courant conforme à la revendication 1 ou à la revendication 2 , caractérisé par le fait que le métal constituant ce dispositif est un élément du Groupe 8 . 15 4°) - Dispositif limiteur de courant conforme à la revendica tion 3, caractérisé par le fait que le métal constituant ce dispositif est un alliage comprenant un élément du Groupe 8 et au moins un autre élément. 20 5°) - Dispositif limiteur de courant conforme à la revendica tion 3 ou à la revendication 4, caractérisé par le fait que l'élément du Groupe 8 utilisé est le fer. 6°) - Dispositif limiteur de courant conforme à la revendica- 25 tion 4, caractérisé par le fait que l'alliage contient du fer et du cobalt. 7°) - Appareil électrique , caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un dispositif 30 limiteur de courant conforme à l'une quelconque des revendications précédentes interposé entre le réseau d'alimentation en énergie électrique et un équipement électrique, qu'il protège. 8°) - Appareil électrique conforme à la revendication 7, caractérisé par le fait que son équipement comprend une sour-35 ce d'énergie électrique, un appareil d'utilisation, un interrupteur relié à ce dernier appareil, et un ou plusieurs desdits dispositifs limiteurs de courant qui relient la source d'énergie à l'interrupteur. 71 34574 7 2116368 9°) - Appareil électrique conforme à la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comporte un tableau de commande dont la façade est divisée en un certain nombre de cases pouvant chacune contenir un bloc de contrôle et portant des bornes de connection à la sour-5 ce d'énergie, chacune, ou au moins quelques unes, de ces chambres contenant un interrupteur ou un coupe-circuit et un contact électromagnétique, le ou les dispositifs limiteurs de courant reliant l'entrée de l'interrupteur et les bornes terminales de connection à la ligne principale. Pour : Sté dite TOKYO SHIBAURA ELECTRIC COMPANY LIMITED Le mandataire : François ECAL