Brevet FR2118130A1 — publié le 19720728

La présente invention concerne un limiteur de courant à auto-régénération qui comporte une cavité fermée contenant une substance métallique de limitation de courant qui présente une impédance élevée lorsqu'elle se vaporise sous l'action d'une surintensité de courant, et qui reprend sa conductivité élevée en 5 se liquéfiant après un certain délai. Plus précisément, la présente invention a trait à un limiteur de courant à auto-régénération qui a une structure simple, une résistance mécanique satisfaisante et un matériau isolant de haute densité, et qui peut être préparé sans un traitement mécanique compliqué. 10 Le phénomène de limitation de courant qu'on utilise dans un élément à auto régénération de limitation de courant, se manifeste en raison de l'effet Joule lorsqu'on fait vaporiser une substance de limitation de courant telle que Na, K, NaK, etc..., contenue dans un récipient, de sorte qu'elle se transforme en un plasma ayant une pression de vapeur élevée et donc une résistance ohmique 15 élevée. Par conséquent, le courant du circuit est limité à une certaine valeur. Le métal vaporisé est refroidi et liquéfié afin de récupérer la matière originale électriquement conductrice. Dans le limiteur de courant la pression dans la cavité fermée,où est contenue la substance de limitation de courant, est considérablement augmentée. De ce fait, la structure de la cavité fermée 20 doit avoir une résistance mécanique élevée. Sur la figure 1 on peut voir ur. exemple d'un limiteur de courant classique. Une deuxième électrode 1 comporte un collet circulaire la_ et un long trou lb_ (voir la figure 2b), un tube isolant 2 étant disposé entre un bord de la deuxième électrode 1 et un fond intérieur du tube extérieur 3 en forme de récipient. 25 Le tube extérieur 3 comporte intérieurement un collet constitué par deux plaquettes 3a (voir la figure 2a) insérées jusqu'à une paroi intérieure vers le bord supérieur. Une première électrode 4 comporte intérieurement un trou et des tampons 7, 8 et est vissée dans le fond extérieur du tube extérieur 3. 30 Un matériau isolant 5 est tassé dans l'espace compris entre la deuxième électrode 1, le tube isolant 2 et le tube extérieur 3. La substance pour limiter le courant est contenue dans le trou reliant la première électrode 4 et la deuxième électrode 1, un écrou à chapeau 9 étant situé à une extrémité de ladite première électrode 4 et une soupape à pointeau étant prévue à une extrémité de 35 ladite deuxième électrode 1. Comme on i'a mentionné ci-dessus, dans un limiteur de courant classique, la première électrode est fixée par une vis sur le tube extérieur 3. Toutefois, il faut des pièces d'une haute qualité et fabriquées avec grande précision pour retenir un gaz sous haute pression. Par conséquent, il faut un contrôle de 40 qualité très précis de chaque pièce. Un autre inconvénient réside dans le fait 71 45255 2 2118130 que l'air, qui se trouve comprimé dans l'espace compris entre le tube isolant 2 et le tube extérieur 3 avant l'introduction du matériau isolant 5, rend difficile l'obtention d'une haute densité dudit matériau isolant 5. Il en résulte des parties ayant des résistances mécaniques différentes et donc une possibilité 5 de rupture. Dans les limiteurs de courant classiques, le tube extérieur 3 est relié à première électrode 4, nécessitant ainsi l'isolement de l'intérieur de l'assemblage et des mesures pour protéger l'opérateur. Des limiteurs de courant classiques à auto-régénération qui contiennent 10 la substance de limitation de courant dans une cavité fermée sont décrits dans les brevets américains n° 3 501 730, n° 3 117 207, n° 3 389 360 et n° 3 389 359. Ces limiteurs de courant classiques présentent toutefois des inconvénients divers, tels qu'un traitement mécanique compliqué, une structure complexe, un isolement insuffisant et une résistance mécanique insuffisante. 15 Le but de la présente invention est de réaliser un limiteur de courant à auto-régénération comprenant : (1) un tube extérieur comportant un collet à l'intérieur de ses deux bords; (2) un tube intérieur constitué par les première et deuxième électrodes et par un tube isolant reliant les deux électrodes et comportant un collet qui 20 est plus grand que le diamètre intérieur du collet dudit tube extérieur; (3) un matériau isolant tassé dans l'espace compris entre ledit tube intérieur et ledit tube extérieur et une substance de limitation de courant contenue dans une cavité dudit tube intérieur pour assurer la conductivité entre les première et deuxième électrodes. 25 Un autre objet de la présente invention est de réaliser un limiteur de courant à auto-régénération ayant une structure différente de celles décrites dans les brevets susmentionnés, et un tube extérieur isolé complètement vis-à-vis des électrodes. Un autre but de la présente invention est/de réaliser un limiteur de cou-30 rant à auto-régénération qui a une structure simple, une résistance mécanique satisfaisante et une haute densité du matériau isolant et qui peut être fabriqué sans un traitement mécanique compliqué. Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-dessous à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel : 35 -la figure 1 est une vue en coupe d'un exemple d'un limiteur de courant classique ; -les figures 2a et 2b^ sont respectivement des vues en plan d'un collet et d'un tube extérieur de la deuxième électrode de la figure 1; -la figure 3 est une vue en coupe d'un mode de réalisation du limiteur de 40 courant conforme à la présente invention; 71 45255 3 2118130 - les figures ba_ et 4b sont respectivement des vues en plan d'un collet et d'un tube extérieur des première et deuxième électrodes représentées sur la figure 3; - la figure 5 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation du li-5 miteur de courant conforme à la présente invention; et, - les figures 6a_ et 6b^ sont respectivement des vues en plan d'un anneau élastique pour le tube extérieur et d'un anneau élastique pour les première et deuxième électrodes représentées sur la figure 5. Dans les figures les mêmes références désignent les parties identiques ou 10 correspondantes. Dans la figure 3, on voit une deuxième électrode 1 comportant sur un bord un collet circulaire la et un long trou lb_ (voir la figure 4b). Un tube isolant 2 comporte un trou 2a, et un tube extérieur 3 comporte un collet constitué par deux plaquettes 3a et 3a', qui sont insérées aux deux extrémités dudit tube 15 extérieur, comme le montre la figure 4^. Une première électrode 4 comporte un collet circulaire à une extrémité et unftrou 4to (voir la figure 4b), un matériau isolant étant tassé dans l'espace compris entre la deuxième électrode 1, la première électrode 4, le tube isolant 2 et le tube extérieur 3. 20 On assemble le limiteur de courant en montant d'abord le tube isolant 2 sur la première électrode 4, en fixant le tube extérieur 3 autour du tube isolant et de la première électrode 4, en montant la deuxième électrode 1 sur le tube isolant 2, et en insérant les deux plaquettes 3a_ et 3a' à l'intérieur du tube extérieur 3. 25 Ensuite, on introduit le matériau isolant en le tassant et on met en place un organe de fermeture 7, une rondelle 7a et un ressort métallique 8. On serre la vis 9 et puis on introduit une substance de limitation de courant, à l'aide d'une soupape à pointeau 6, pour remplir le long trou lb de la deuxième électrode, le trou 2a_ du tube isolant 2 et le trou 4b_ de la première électrode 30 4. Le tube isolant 2 utilisé dans ce mode de réalisation est de préférence en une matière résistante à la chaleur et aux métaux alcalins, telle qu'une porcelaine de berrylium ou une porcelaine d'alumine ou analogue. Le matériau isolant est constitué d'une composition de verre et de mica et le tube exté-35 rieur 3 est en un matériau métallique non magnétique, tel que l'acier inoxydable ou le laiton qui a une résistance élevée à la traction,et les première et deuxième électrodes 4 et 1 sont en cuivre ou en alliage de cuivre. La substance de limitation de courant contenue dans les longs trous lb, 2b et 4b est vaporisée, créant ainsi une pression des milliers de fois plus 40 grande que la pression atmosphérique et réduisant donc le courant. Par conséquent, 71 45255 4 "2118130 cette pression est produite à l'intérieur du trou 2a du tube isolant 2. Bien que la soupape de fermeture 7 et le ressort métallique 8 soient prévus dans le trou 4b_ de la première électrode 4 pour absorber le choc, le tube isolant subit néanmoins une force élevée de traction dans les sens périphérique et axial. 5 La porcelaine de béryllium ou d'alumine qui forme le tube isolant 2 a une résis- 2 tance à la pression élevée de l'ordre de 100 kg/mm , mais une résistance faible 2 à la traction de l'ordre de 10 kg/cm . Par conséquent, lorsque la pression intérieure exerce une force de traction, le tube isolant est cassé et la substance de limitation de courant fuit, détruisant ainsi l'efficacité du limiteur 10 de courant. Conformément à la présente invention, le tube extérieur 3 en un matériau métallique a un facteur de dilatation thermique plus élevé que le tube isolant 2, et le matériau isolant est introduit sous pression et à une température élevée. 15 Par conséquent, la haute pression est maintenue dans le tube isolant 2, grâce à la pression exercée par le matériau isolant dans les sens périphérique et axial, pression engendrée par la contraction du tube extérieur 3 pendant la période de refrcâdissement, le matériau isolant s'opposant ainsi à la tension de traction produite par la pression intérieure lors de la vaporisation de la 20 substance de limitation de courant. Etant donné qu'aucune portion fermée n'est prévue dans la partie périphérique du tube isolant, aucun air n'est retenu dans le matériau isolant. La pression engendrée par la contraction du tube extérieur 3 est transmise au tube isolant 3 sans être absorbée par le matériau isolant 5, de sorte que la 25 tension de pression exercée sur le tube isolant 2 augmente considérablement la résistance de ce dernier vis-à-vis de la pression. La figure 5 illustre plus nettement la construction de la figure 3. Deux anneaux élastiques 11 sont insérés dans des rainures 100 et 400 des première et deuxième électrodes, et un anneau élastique est inséré dans une rainure 300 30 du tube extérieur 3 pour s'engager dans les deux tubes. Les anneaux élastiques 11 comportent des ailettes lia et, grâce à leur action élastique, sont montés sur les première et deuxième électrodes 4 et 1, comme le montre la figure 6. L'anneau élastique 10 comporte des ailettes intérieures 10a et, grâce à 35 son action élastique, est monté sur le tube extérieur 3. Pour assembler l'enveloppe du limiteur de courant, on met en place les première et deuxième électrodes 4 et 1 en passant les ailettes lia de l'anneau élastique 11 à travers la portion d'insertion munie d'ailettes 10a de l'anneau élastique 10 et en tournant ensuite le tube extérieur 3 de 60°, de façon à 40 engager les ailettes lla_ de l'anneau élastique 11 dans les ailettes 10a de 71 k5255 5 2118130 l'anneau élastique 10. Comme on l'a mentionné ci-dessus, le limiteur de courant conforme à la présente invention comporte, d'une part du matériau isolant de haute densité, sans retenir de l'air dans ce matériau isolant qui est tassé dans l'espace 5 compris entre le tube isolant 2 et le tube extérieur 3, et d'autre part a une résistance mécanique satisfaisante pour subir la haute pression, résistance qui est augmentée par le fait que la pression produite par la contraction thermique du tube extérieur 3 est absorbée par le tube isolant 2. Un autre avantage est que le limiteur de courant selon l'invention a une structure 10 simple, n'exigeant donc pas un traitement mécanique compliqué. Le limiteur de courant conforme à la présente invention est notamment efficace en ce que le tube extérieur est complètement isolé vis-à-vis de l'électrode, facilitant ainsi son montage et son entretien. 71 45255 6 2118130 REVENDICATIONS 1.- Limiteur de courant à auto-régénération, caractérisé en ce qu'il comprend un tube extérieur comportant un colle; à l'intérieur de ses deux bords; un tube intérieur constitué par les première et deuxième électrodes qui sont 5 reliées par un tube isolant, les électrodes ayant chacune un collet intérieur plus grand que le diamètre intérieur du collet dudit tube extérieur, un matériau isolant étant tassé dans l'espace compris entre le tube intérieur et le tube extérieur; et une substance à auto-régénération de limitation de courant disposée à l'intérieur de façon à assurer la conductivité entre les première et 10 deuxième électrodes. 2.- Limiteur de courant à auto-régénération, caractérisé en ce qu'il comprend un tube extérieur en métal, deux collets s'étendant axialement de la surface intérieure dudit tube extérieur qui est passé par les deux extrémités; un tube intérieur constitué par les première et deuxième électrodes et par un 15 tube isolant reliant les deux électrodes, le tube intérieur comportant un collet d'un diamètre plus grand que celui du collet intérieur du tube extérieur, le collet du tube extérieur et le collet du tube intérieur étant situés à l'intérieur du collet intérieur du tube extérieur; et un matériau isolant tassé dans l'espace compris entre ledit tube intérieur et ledit tube extérieur pour 20 assurer l'isolement électrique entre les deux tubes, et une substance à autorégénération de limitation de courant contenue dans un trou dudit tube intérieur pour assurer la conductivité entre les première et deuxième électrodes. 3.- Limiteur de courant à auto-régénération, caractérisé en ce qu'il comprend un tube intérieur en métal, au moins deux premiers anneaux élastiques 25 montés à l'intérieur et aux deux extrémités dudit tube extérieur; un tube intérieur constitué des première et deuxième électrodes et d'un tube isolant reliant les deux électrodes, le tube intérieur comportant au moins un deuxième anneau élastique dont le diamètre est plus grand que celui du premier anneau élastique sur le pourtour extérieur dudit tube intérieur; un matériau isolant 30 tassé dans l'espace compris entre ledit tube intérieur et ledit tube extérieur pour assurer l'isolement électrique entre les deux tubes; et une substance à auto-régénération de limitation de courant contenue dans un trou dudit tube intérieur pour assurer la conductivité entre les première/ et deuxième électrodes. 4.- Limiteur de courant à auto-régénération selon la revendication 3, ca-35 ractérisé en ce que le premier anneau élastique est monté dans des rainures prévues à l'intérieur et aux deux extrémités du tube extérieur, alors que le deuxième anneau élastique est monté dans des rainures prévues sur le pourtour extérieur des première et deuxième électrodes. 5.- Limiteur de courant à auto-régénération selon la revendication 3, ca-40 ractérisé en ce que le premier anneau élastique a la forme d'un C comportant 71 45255 7 2118130 intérieurement plusieurs ailettes et en ce que le deuxième anneau élastique a la forme d'un C comportant intérieurement plusieurs ailettes, la largeur, comprise dans la direction périphérique, entre les ailettes dudit premier anneau élastique étant plus grande que celle dudit deuxième anneau élastique, et la 5 largeur, comprise dans la direction périphérique, des rainures entre les ailettes du deuxième anneau élastique étant plus grande que celle dudit premier anneau élastique. 6.- Limiteur de courant à auto-régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tube isolant, les collets dudit 10 tube extérieur ou dudit premier anneau élastique et les collets dudit tube intérieur ou dudit deuxième anneau élastique sont alignés sur le même axe.