Brevet FR2286492A1 — publié le 19760423

La présente invention concerne la réalisation de dispositifs limiteurs d'intensité, coupant automatiquement un circuit électrique si l'intensité continue,ou efficace (dans le cas d'un courant électrique alternatif),vient à dépasser une valeur maximum autorisée. Leur principe est de provoquer la coupure automatique d'un circuit électrique sous l'action de la dissipation thermique qui résulte de l'application de la loi de Joule, la résistance électrique étant celle des dispositifs que nous allons décrire. Il s'agit de limiteurs d'intensité non progressifs, dits"à effet tout ou rien". Les dispositifs connus, ayant des fonctions semblables,peuvent être classés en 4 catégories - les limiteurs d'intensité électrique à bi-lame, ou à allongement mécanique : l'échauffement d'un organe mécanique fait que, au-deld d'une certaine intensité électrique passant dans celui-ci, sa déformation,ou sa dilatation propre,entraine la rupture d'un contact électrique ( ouverture du circuit électrique ). les limiteurs d'intensité électrique à effet électromécanique: un solénoide, ou bobinage électrique, est parcouru par un courant; au-ilà d'une certaine intensité,la force magnétique résultant du passage du courant dans le solénoide provoque l'attraction d'une pièce magnétique mobile, le déplacement de cette dernière provoquant la rupture d'un contact électrique. - les limiteurs d'intensité électrique dits " à point de Curie"". un solénoïde, ou bobinage électrique, est parcouru par un courant, et attire normalement une pièce constituée d'une matière ou d'un alliage qui est magnétique en-dessous d'une certaine température, et non magnétique au dessus, cette dernière pièce est d'autant plus chaude que la puissance électrique dissipée dans une résistance électrique constituée par elle-même, ou qui lui est adjointe,est grande. Au delà d'une certaine puissance thermique, donc électrique, dissipée, cette pièce ne se laisse plus attirer par le champ magné- tique du solénoïde; un contact électrique, lié à la partie mobile, s'ouvre donc. - les limiteurs (l'intensité, constitués par un alliage fusible, cet alliage étant chauffé directement par la résistance électrique qu'il offre au passage du courant, ou par une résistance à laquelle il est lié, la fusion de l'alliage provoquant l'ouverture d'un contact électrique, la continuité du circuit n'étant plus assurée. Les trois premières catégories de dispositifs existants amènent à des réalisations comportant toutes des contacts électriques obtenuspar le contact de pièces mécaniques, ils sont donc relativement coûteux à construire,compte tenu des pressions de contact et des surfaces de contact à réaliser, pour une intensité de coupure donnée. Leur fiabilité dépend essentiellement de la qualité de conception et de réalisation deçees contacts mécaniques. La quatrième catégorie de dispositifs existants amène à la réalisation d'appareils simples, mais dont un élément doit être changé, ou modifié, ce qui nécessite une intervention manuelle volontaire et non automatique, souvent assez longue, après que le dispositif ait rempli son rôle de proteeteur, et même si la surcharge du circuit a cessé. Les dispositifs réalisables selon l'invention ne comportent pas de contacts électriques constitués par des organes mécaniques, non plus que des organes fusibles. Le contact électrique résulte du contact entre un liquide conducteur de l'électricité ( par exemple le mercure liquide) et un organe mécanique lui-même partiellement ou totalement conducteur de l'électricité, l'ouverture du contact électrique résultant du déplacement du liquide conducteur électrique par rapport à l'organe mécanique. Il s'en suit des réalisations d'appareils simples, et particulièrement fiables, quelles que soient les ambiances de températures, de chocs, de vibrations,ou d'atmosphères corrosives, qui résultent de l'environnement. Dans le texte, et sur les figures jointes, les mêmes éléments portent toujours le même numéro. De plus,la position du liquide conducteur de l'électricité est toujours représentée contact fermé, donc en position normale, en l'absence de surpuissance, ou surintensité, électrique. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, représenté en coupe sur la figure I, un récipient I, contenant un fluide non conducteur de l'électricité 2, est assemblé,de façon étanche,cOté ouverture, par l'intermédiaire d'un organe tubulaire non conducteur de l'électricité 5, à l'ouverture d'un récipient 3, contenant un fluide compressible 4, un gaz (azote, hydrogène,) par exemple, Un fluide conducteur de l'électricité 6 est contenu dans 5,qu'il obstrue par capillarité, et aussi dans les ouvertures et extrémités 7 et 8 des récipients I et 3. Le récipient I, conducteur de l'électricité, est lié , vers son extrémité fermée 9, à une borne électrique A. Entre ce point de liaison I0, et son extrémité ouverte 7, le récipient I a une résistance électrique de R(ohms). Le récipient 3 est totalement conducteur de ltélectricité,ou seulement partiellement conducteur de l'électricité à son extrémité ouverte 8, celle-ci-étant liée électriquement à une borne électrique B. Lorsqu'un courant électrique est établi entre les bornes A et B, à travers le dispositif ainsi constitué, le récipient I s'échauffe entre 10 et 7, de par sa résistance électrique. Le fluide 2 qu'il contient se dilate donc, en repoussant le liquide conducteur de-l'électricité 6, de l'ouverture 7 de I, le déplacement de ce liquide, qui forme ainsi npiston", étant possible, 3 contenu dans 4, étant un fluide compressible : un gaz par exemple, (azote ou hydrogène par exemple ) Au delà d'un certain courant électrique traversant le dispositif, l'échauffement de I, donc du fluide 2, est tel que 2 chasse complètement 6 de 7 : il n'y a plus contact électrique entre le liquide conducteur de l'électricité 6 et l'extrémité ouverte 7 du récipient I, le circuit électrique est alors ouvert entre A et B. Le récipient I se refroidit alors, entrainant le refroidissement de 2 : 6 vient à nouveau en contact électrique avec 7; Si l'intensité électrique qui traverse N nouveau le dispositif, entre ses bornes A et B, est redevenue inférieure ou est égale N la valeur limite autorisée,le courant sera rétabli, et coupé à nouveau en cas de nouvelle surintensité. Au contraire, si l'intensité électrique qui traverse alors le dispositif est toujours supérieure à la valeur limite autorisée, le courant est à nouveau immédiatement coupé, compte-tenu de la très faible inertie mécanique de 6, et de la très faible inertie thermique de I et 2, I étant de préférence constitué par un tube métallique très mince, et de très petits diamètres intérieurs et extérieurs, 2 étant aussi bon conducteur de la chaleur que possible. De façon à être insensible aux températures extérieures, la nature des fluides, et les volumes de 2 et 3, seront préférentiellement choisis identiques, ainsi que les sections des ouvertures 7 et 8 de I et 3, respectivement. Plus généralement, les récipients I et 9 seront identiques, ainsi que la nature et les volumes des gaz 2 et 4 qu'ils contiennent respectivement. Ces gaz pourront être comprimés, aux températures d'utilisation du dispositif, ce qui a pour effet d'accroitre la tension de vapeur du liquide conducteur de l'électricité 6, donc d'éviter sa volatilisation partielle dans 2 et 4; de rendre 2 et 4 meilleurs conducteurs thermiques,et d'accrottre la tenue aux chocs et aux vibrations de 6, donc d'ac- -croltre la fiabilité sous de tels environnements,du dispositif. Sur les figures suivantes, les éléments des dispositifs décrits, identiques à ceux du dispositif précédemment décrit, et représenté sur la figure I, portent les mêmes chiffres repères. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 2, la dilatation du fluide 2 résulte du fait que le récipient II est chauffé électriquement par une résistance extérieure I2, qui l'entoure, et est disposée entre la borne électrique k et l'extrémité ouverte et conductrice de l'électricité I3 du récipient II. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 3, la dilatation du fluide 2 résulte du fait que le récipient I4 est chauffé électriquement par une résistance intérieure 15,.qui est disposée entre la borne électrique A et l'extrémité ouverte et conductrice de l'électricité I6 du récipient 14,traver- sant 14 par une traversée étanche et isolée, en I7. Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 4, le récipient I8 est non conducteur de l'électrici- té, et est assemblé, de façon étanche, en 8, ouverturecontre ouverture, au récipient 3. Une résistance chauffante 19, reliée b traverse en 20 l'extrémité fermée du récipient 18, est interne N ce récipient, et touche en 21 le liquide conducteur de l'électricité 6, contenu dans l'extrémité ouverte de I8 et qui est aussi en contact avec l'extrémité conductrice 8 du récipient 3. Selon un cinquième mode de réalisation de l'invention,représenté sur la figure 5, le liquide conducteur de l'électricité 6, contenu dans l'organe tubulaire 5, est en contact avec chaque extrémité conductrice des 2 récipients qui lui sont assemblés de façon étanche de part et d'autre, ayant une section importante, notamment pour supporter sans se volatiliser des intensités élevées, adhère cependant par capillarité N 5, parce qu'un organe supplémentaire 22, composé d'une ou plusieurs tiges axiales à 5, et maintenues en position par des centrages 23 et 24 prenant appui sur chacune des extrémités ouvertes des 2 récipients du dispositif, ou par un organe comportant plusieurs trous axiaux et centré en 23 et 24, l'un de ces organes ayant en effet pour rôle de réduire les distances maxi- ma qui existent-entre deux points de la section du liquide conduc- teur de l'électricité 6,permettant ainsi N 6 de jouer son rôle de. "piston" étanche dans 5 et dans les extrémités conductrices des 2 récipients. melon un sixième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 6,le liquide conducteur de l'électricité-6,est contenu dans un organe tubulaire non rectiligne 5, en forme de U par exemple, de telle sorte que6 présente 2 surfaces distinctes 25 et 26, l'une au contact du fluide non conducteur de l'électricité 2, l'autre au contact de 4, fluide compressible contenu dans 3; bien que la section du fluide 6 soit supérieure N la section maximum que peut obstruer 6, de par les forces de capillarité, le liquide 6 forme "piston" étanche, dans l'organe tubulaire 5 et dans les extrémités conductrices de l'électricité 7 et 8, respectivement des récipients I(ou II, ou I4), et 3, parce que les lois de la gravité font que les surfaces 25 et 26 sont toujours horizontales, dans la position d'utilisation de l'appareil. Selon un septième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 7, le liquide conducteur de l'électricité 6 est, en l'absence de courant I, traversant le dispositif, supérieur à la valeur maximum admissible, contenu dans l'organe tubulaire 5, et dans les extrémités conductrices de l'électricité 7 et 8 respectivement des récipients I(ou II, ou I4), et 27. 27 est un récipient dont la section staccrott brutalement après son extrémité 8 ouver- te et aonduetriee de ltélectricité, reliée à la borne B, et assemblée de façon étanche à 5, de telle sorte que 27- présente une forme intérieure 28, disposée au bas de 27, la section de 27,après 8, étant grande et telle que 6 n'obstruera plus 27 par capillarité, quand 6 pénètrera dans 27; au contraire, le liquide conducteur de l'électricité 6 tombera par gravité dans la forme intérieure 28 du récipient 27, 28 ayant un volume suffisant pour contenir entièrement 6. Le liquide conducteur 6 tombe dans 28 lorsque le dispositif est traversé par un courant supérieur N une valeur maximum I admissible dans le circuit électrique, 6 étant alors suffisamment poussé hors de 8 par le fluide 2 qui se dilate,4 étant un fluide compressible, gazeux, de même nature que 2, donc non conducteur de l'électricité.Le contact électrique entre 7 et 8 est alors interrompu; pour ltPétablir, et "réarmer" le dispositif, on peut,par exemple,basculer ce dernier pour amener le liquide 6 N l'entrée de5, son positionnement étant alors obtenu, soit par un accroissement de la pression de 4 obtenue par le déplacement d'une membrane ou d'un piston,soit par une diminution de la pression de 2 due à une augmentation du volume de2; ces variations étant obtenues plus généralement par une modification de forme de 27 ou de 2. Ces exemples de réalisations ne sont pas limitatifs de l'invention, d'autres combinaisons évidentes des dispositifs décrits étant possibles. L'invention est applicable aux limitateurs de courant à réarmement automatique, utilisables pour protéger tout composant électronique, tels que les tllyristors, ou tout triel électrique, tel que transformateurs, et aux disjoncteurs électriques, à réarmement manuel, utilisables our la protection des moteurs électriques ; la présente émumération des a@@@ications posaibles n'étant nullement limitative. 1 - Dispositif permettext de couper autematique ent le cour@nt @lectrique, si l'intensité continue ou efficece viont à être supérieure à une voleur donnée, composé d'un récimient, cheuf@é électrique@ent par le passage du courant, conten@nt un fluide non conducteur de l'électricité, qui se dilate, et repousse de l'ouverture conductrice du récipient qu'il obstrue un liquide conducteur de l'électricité, contenu aussi dans un organe tubulaire non conducteur de l'lectricité, et assemblé de façon étanche, d'un côté au premier réci@ient, et de l'autre à l'ouverture corductrice de l'électricité d'un second ciraient, avec lequel le liquide conducteur de l'électricité est toujours en contact, ce second récipient renfermant un fluide compressible, un gaz par exemple. 2 - Disp-sitif selon la revendication I, caractérisé en ce que le premier récipient chauffant se compose d'un tube métallique de résistance électrique donnée ; le passage du courant électrique entre nn peint situé vers l'extrémité fermée de ce tube, et son ouverture conductrice formant contact électrique avec le liquide conducteur de l'électricité, provoque l'échauffement électrique de ce racinient. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier récipient, chauffant, se compose d'un tube conducteur de l'électricité, au moins dans sa partie ouverte fcrr.nnt contact lectrique avec le liquide conducteur de l'électricité, cette partie conductrice étant liée à une résistance électrique extérieure au récipient, qui l'entoure, tout en étant isolée électriquement. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier récipient, chauffant, se compose d'un tube conducteur de l'électricité au moins dans sa partie ouverte formant contact avec le liquide conducteur de l'électricité, cette partie conductrice étant liée @ une résistance électrique interne au roipient, l'autre extrémité de celle-ci étant constituée par une traversée étanche et isolée du récipient, permettent l'établissement du cont@ct électrique entre une borne du dispositif et une borne du réseau a protéger. 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier récipient, chauffant, se compose d'un tube non conducteur de l'électricité, (verre par exemple), chauffé par une résist@nce électrique intérieure, celle-ci Atant disposée entre une travcssée étanche solidaire du récipient1 et l'autre extrémité de 1- risistance, constituée par une tige droite, disposée axialexent au tube , à l'inti@ieur de celui-ci et dans son extrémité ouverte, qui forme sontact électrique avec le liquide co--lducteur de l'électricité, l'extrémité isolante du récipient formant aussi organe tubulaire renfermant leliquide conducteur-. 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sections des extrémités conductrices des 2 récipients, et celle de l'organe tubulaire non conducteur qui les assemble de façon tanche, tout en les maintenant isolés électriquement l'un de l'autre, sont petites, le liquide conducteur de l'électricité les obstruant par capillarité. 7 - Dispositif selon la revendicaticn 1, caractérisé en ce que la nature et les volumes des fluides compressibles gazeux, non conducteurs de l'électricité, contenus dans chacun des 2 récipients, sont identiques. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sections des extrémité conductrices des 2 récipients, et celle de l'organe tubulaire non conducteur qui les assemble de façon étanche, tout en les maintenant isolés électriquement l'un de l'autre, sont grandes, (par exemple, pour permettre le passage d'intensités électriques élevées i travers le liquide conducteur de l'électricité, sans échauffement et donc sans volatilisation de celui-ci dans les 2 récipients), leur obstructIon par capillarité étant dûe au fait qu'un organe annexe, compesé de 1 ou plusieurs tiges axiales, ou d'un organe comportant plusieurs trous axiaux, permet de réduire les distances maxima entre deux points de la section du liquide conducteur de l'électricité. 9 - Dispositif selon la revendicotion 1, caractérisé en ce que les sections des extrémités conductrices des 2 récipients, et celle de l'organe tubulaire non conducteur qui les assemble de façon étanche, tout en les maintenant isolés électriquement l'un de l'autre, sont grandes, l'étanchéité du "piston" formé par le liquide conducteur de l'électricité résultant de la forme non rectiligne, (en U par exemple), de l'organe tubulaire non conducteur, le liquide soumis aux lois de la gravité, pr--sentant 2 surfaces horizontales, chacune d'elles étant située vers l'un des 2 récipients assemblés de fanon étanche de part et d'autre de l'organe tubulaire non conducteur de l'-lectricit-. 10 - Disp sitif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 2ème récipient, nor chauffant, comporte une ouverture étroite et conductrice de l'électricité, remplie et obstruée par l'extrémité de la colonne de liquide conducteur de l'électricité, en l'absence de courant supérieur a une valeur donnée, qui traverserait le dispositif, la section de ce 2ème récipient s'agrandissant brutalement après celle de cette ouverture, le récipient conportant dans sa partie basse une cavité interne, de volume suffisant pour recevoir La totalité du liquide conducteur. Si le liquide conducteur est rajeté dsns cette cavité parce qre le courent électrique a d@passé une valeur donnée, le dispositif peut être réarmé en basculant ce dernier pour amener le listide conducteur dans l'organe tubulaire isolant et en l'y positionnant par varistien de l'un des volu@es des r@cipients situés de part et d'autre de l'organe tubulaire isolant, variation obtenue -c un piston o- une membrane.