Brevet FR2305845A1 — publié le 19761022

La présente invention concerne des interrupteurs de courant connectés dans des lignes de distribution électrique On sait bien utiliser des fusibles, comme élément dtin- terruption de courant, pouvant faire face à des courants de surcharge et à des courants de court-circuit à impédance élevée pouvant se présenter dans des lignes de distribution électrique. Le fusible est approprié pour des utilisations générales, parce qu' il est de dimensionsrelativement petites et peu coûteux mais il est-désavantageux par le fait qu'il ne peut interrompre des courants élevés de court-circuit à basse impédance, étant donné son absence de capacité limiter les courants. Par ailleurs, les éléments de limitation de courant du type à reconstitution automatique, ont été récemment développés et ils comprennent du sodium, du potassium ou un mélange, comme matériau de limitation de courant. Lors de la présence d'un courant élevé de court-circuit, le matériau de limita- tion de courant s'évapore en un plasma dont la pression de vapeur est très élevée, étant donné le courant qui le traverse, pour y engendrer de la chaleur de Joule.Le plasma ainsi formé présente une résistance élevée, suffisante pour limiter, à une certaine grandeur, le courant particulier du circuit. Après l'opération de limitation de courant, le matériau évaporé retourne rapidement à son état liquide ou solide d'origine, pour être prêt à limiter le courant fort de court-circuit suivant. Cependant, de tels éléments de limitation de courant présentent, en principe, les inconvénients de ne pas posséder de bonnes caractéristiques de protection contre les surcharges et les courts-circuits à impédance élevée, et ces éléments seuls ne peuvent maintenir automatiquement les circuits associés à l'état ouvert, après que les courants de court circuit ont été interrompus, ce qui produit l'accroissement des fautes particulières parce que la re-fermeture se répète de façon inutile. En d'autres termes, ces éléments de limitation de courant doivent être opérativement associés à des moyens séparés pour maintenir les circuits dans leur état ouvert, sensiblement simultanément avec le fonctionnement des éléments.Cependant, on notera que les éléments de limitation de courant du type à reconstitution automatique, ont I'excellente capacité de limiter des courants et ils sont adaptés à un usage répété étant donné leur type à reconstitution automatique. En conséquence, c'est un objet de la présente invention de créer un nouvel interrupteur de courant, comprenant un fusible et un élément de limitation de courant du type à reconstitution automatique, combinés opérativement dans une condition spéciale telle que leurs avantages soient conservés et leur innonvénients soit éliminés. La présente invention atteint cet objectif en prévoyant un interrupteur de courant, comprenant un élément de limitation de courant du type à reconstitution automatique et un fusible reliés en série, l'agencement étant tel qu'un courant s'écoulant dans l'élément de limitation de courant du type à reconstitution automatique, lorsqu'il fonctionne, fasse fondre le fusible dans sa capacité de rupture. De préférence, l'élément de limitation de courant du type à reconstitution automatique peut comprendre une certaine quantité de matériau de limitation de courant du type à reconstitution automatique, constitant en un métal sous forme d'un liquide à température ambiante ou d'un métal à faible point de fusion, pouvant facilement s'évaporer pour que, en présence d'un courant de court-circuit, le matériau de limitation de courant s'évapore en une vapeur à résistance élevée, du fait du courant de court-circuit qui le traverse, pour y engendrer de la chaleur de Joule; la vapeur à résistance élevée accomplit l'opération de limitation de courant et après cette opération, la vapeur est ramenée à l'état liquide ou solide dans lequel le matériau de limitation de courant a de nouveau une bonne conductibilité électrique. De façon pratique, le matériau de limitation de courant à reconstitution automatique peut être un matériau choisi dans le groupe consistant en sodium, potassium et des mélanges de sodium et de potassium, et le fusible peut être un fusible en fil , à pont ou à cartouche ou analogue. La.présente invention permet d'assurer une protection sûre contre une grande variété de courants erronés, allant des courants de surcharge aux courants élevés de court-circuit, avec un dispositif peu onéreux qui peut, de façon peu coûteuse, être piat pour le prochain courant défectueux, uniquement en remplaçant le fusible fondu par un nouveau. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle. -ci apparaitront mieux au cours de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un interrupteur de courant construit selon les principes de la présente invention; et - les figures 2 et 3 sont des courbes des caractéristiques de fonctionnement présenteespar l'agencement de la figure 1, le courant appliqué au circuit étant indiqué sur l'axe des abscisses, le temps sur l'ase des ordonnées de la figure 2 et le courant s'écoulant dans le fusible ou l'élément de limitation de courant étant indiqué sur l'axe des ordonnées de la figure 3. En se reportant maintenant à la figure 1, on peut voir qu'un agencement selon la présente invention comprend un élément 1 de limitation de courant à reconstitution automatique et un fusible 2 reliés en série l'un à l'autre. L'élément 1 comprend une certaine quantité de matériau de limitation de courant du type à reconstitution automatique (non représenté), se composant d'un métal ayant la forme d'un liquide à la température ambiante, par exemple, du mercure ou d'un métal ayant un faible point de fusion, pouvant facilement s'évaporer, par exemple, du sodium, du potassium, un mélange ou un alliage erodium-potassium et analogue.Lors de la présence d'un courant de court-circuit, le matériau de limitation de courant est traversé par le courant et cela produit de la chaleur de Joule, jus qu a ce qu'il soit évaporé en un plasma ayant une pression de vapeur très élevée. Le plasma a une résistance spécifique impartissant au courant de court-circuit, une résistance bien plus élevée que l'im- pédance de court-circuit du circuit, limitant ainsi les courants de court-circuit à une certaine grandeur ou moins. Après cette opération de limitation de courant, le matériau évaporé se refroidit rapidement, ou il retourne à l'état liquide ou solide dans lequel il retrouve sa bonne conductibilité électrique d'origine. Le fusible 2 est un fusible couramment utilisé depuis longtemps, et il peut être en fil, à pont ou à cartouche ou analogue. En considérant bien sa fixation, chacun de ces fusibles peut être utilisé L'élément de limitation de courant 1 et le fusible 2 fonce tionnent tous deux en réponse à un courant erroné qui les traverse, mais leurs caractéristiques de fonctionnement sont bien différentes l'une de l'autre. La figure 2 montre la relation entre un courant appliqué à un circuit auquel est connecté l'agencement de la figure 1, et un temps de fonctionnement de l'élément de limitation de courant 1 et du fusible 2. Les termes "courant appliqué au circuit" signifie un courant s'écoulant inévitablement dans le circuit, lors de la présence d'un défaut tel qu'une surcharge ou un court-circuit. Lé courant appliqué au circuit correspond à un courant erroné qui traverserait le circuit sans l'agencement de la figure 1. Uniquement dans le but de l'illustration, on suppose que le courant appliqué au circuit est divisé en quatre régions suivantes la région des courants normaux de charge (lui) inférieurs à 150 ampères, la région descouranX de surcharge (I2) allant de 150 ampères inclus à 1000 ampères exclus, la région de courant de court-circuit à impédance élevée (I) allant de 1000 ampères inclus à 5000 ampères exclus, et la région de courants de court-circuit à basse impédance (i ) 4 égaux ou supérieurs à 5000 ampères. Sur la figure 2, la courbe marquée F1 montre la caractéristique de fonctionnement du fusible 2 par laquelle on peut voir que le fusible ne fond pas pour un courant situé dans la région du courant normal de charge (ici), et qu'il fond pendant son temps de fonctionnement en relation inverse d'un courant dans la région des courants de surcharge (I2), provenant de l'ouverture du circuit. Le fusible ne fond pas sensiblement instantanément avec un courant dans la région des courants de court-circuit à impédance élevée (I), mais il peut fondre en toute sécurité, avec un courant situé dans une partie inférieure de la région des courants de court-circuit à basse impédance (I ) s'étendant, par exemple, jusqu'à 8000 ampères. Dans l'exemple 4lustré, le fusible a une capacité de rupture définie comme étant de 8000 ampères. il est apparent que le fusible seul ne peut pas accomplir l'opération protectrice contre un courant de court-circuit dépas sant sa capacité de rupture, provenant d'un gros défaut,tel qu'un incendie. Sur la figure 2, la courbe marquée F2 montre la caractéristique de fonctionnement de l'élément de limitation de courant 1. On peut voir, sur la courbe F2, que l'élément 1 a une limite insAetemps pluslongueqe le fusible, non seulement dans la région des courants de surcharge (12), mais également dans la région des courants de court-circuit à impédance élevée (13). Ainsi, on comprendra que, lors de la présence d'un courant erroné dans ces deux régions, le circuit n'est ouvert que par la fonte du fusible, l'élément de limitation de courant étant maintenu inopératif.Cependant, dans la région de courants de court-circuit à basse impédance (I4), l'élé- ment de limitation de courant 1 a un temps de fonctionnement identique au fusible, il en résulte que les deux fonctionnent simultanément pour interrompre le circuit. La figure 3 montre la relation entre un courant appliqué au même circuit que celui décrit pour la figure 2, et le courant réel s'écoulant dans le circuit, lorsque le courant appliqué est égal à celui de la figure 2. La courbe marquée t représente le fusible, et la courbe marquée If2 représente l'élément de limitation de courant 1. Le courant réel If s'écoulant dans le fusible 2, est le même que le courant appliqué au circuit. Cela est du au fait que le fusible 2 est rarement dans la condition de limitation de courant contribuant à inhiber le fusible seul pour faire face à des courants de court-circuit élevés. Au contraire, tout courant de court-circuit à basse impédance (14) peut être limité par l'élément 1.Dans un tel cas, l'élément de limitation de courant est traversé par un courant limité comme illustré par la courbe 'f2 , Ce courant a une grandeur ajustée pour ne pas dépasser la capacité de rupture du fusible correspondant. Bien que le fusible pouvant faire face à des courants de surcharge et de court-circuit à impédance élevée, comme on l'a décrit ci-dessus, soit de dimensions relativement petites, soit peu coûteux et classique, le domaine est très étendu dans lequel la protection contre les courts-circuits à basse impédance est confieS' à des interrupteurs mécaniques d'un prix élevé et de grandes dimensions Par ailleurs, les éléments de limitation de courant comme décrit ci-dessus, présentent l'avantage de pouvoir limiter de façon excellente des courants, et ils sont adaptés à des usages répétés, étant donné leur type à reconstitution automatique; mais ils présentent en principe l'inconvénient de ne pas avoir de bonnes caractéristiques de protection dans les régions de courants de surcharge et de courtcircuit à impédance élevée, et de ne pas maintenir automatiquement des circuits associés dans leur état ouvert,une fois que les circuits ont été interrompus par le fait de l'augmentation des défauts en répétant de façon inutile la re-fermeture. Cela signifie que les éléments de limitation de courant du type à reconstitution automatique comme décritsei-dessus, doivent être opérativement associés à des moyens séparés pour maintenir le circuit associé dans son état ouvert, sensiblement simultanément avec le fonctionnement des éléments de limitation de courant. La présente invention a pour but d'associer opérativement un fusible et un élément de limitation de courant du type à reconstitution automatique, ayant des avantages et des inconvénients différents, dans une condition spéciale telle que leurs inconvénients soient éliminés tandis que leurs avantages scrietconservés. Plus particulièrement, tout courant de court-circuit à basse impédance 14 est limité à une grandeur inférieure à la capacité de rupture du fusible 2, par l'élément 1 de limitation de courant, tandis que le fusible 2 fond pour interrompre et ouvrir un circuit defectueux qui ll1i est relié. Une fois que le circuit a été interrompu et ouvert, l'élément de limitation de courant se rétablit automatiquement si bien qu'il est prêt pour le défaut suivant, uniquement en remplaçant le fusible fondu par un nouveau. Le fusible est extrêmement peu coûteux en comparaison de l'élément de limitation de courant. Par ailleurs, le fusible fondu peut être remplaçé par un nouveau ayant une caractéristique dans le temps dIfférente, dans la région des courants de surcharge par rapport à celle du fusible fondu. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinai sons si cellsci i sont ex6utées suivant son esprit et nises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. RXVENDICBTIONS 1 - Interrupteur de courant caractérisé en ce qu'il comprend un élément de limitation de courant du type à reconstitution automatique et un fusible reliés en série, de façon qu'un courant s'écoulant dans ledit élément de limitation de courant à reconstitution automatique, lorsqu'il fonctionne, fasse fondre ledit fusible dans sa capacité de rupture. 2 - Interrupteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de limitation de courant du type à reconstitution automatique précité se compose d'une certaine quantité de matériau de limitation de courant du type à reconstitution automatique, consistant en un métal sous forme d'un liquide à la température ambiante ou d'un métal à faible point de fusion pouvant stéva- porer facilement pour que, en la présence d'un courant de court-circuit, ledit matériau de limitation de courant s'évapore en une vapeur à résistance élevée, du fait du courant de court-circuit qui le traverse, pour y engendrer de la chaleur de Joule, la vapeur à haute résistance accomplissant l'opération de limitation de courant et en ce que, après lbpération de limitation de courant, la vapeur est ramenée à son état liquide ou solide d'origine dans lequel ledit matériau de limitation de courant a de nouveau une tonne conductibilité électrique. 7 - Interrupteur de courant selon'la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau de limitation de courant du type à reconstitution automatique précité est choisi parmi le groupe consistant en sodium, potassium, mélanges de sodium et de potassium et mercure.