Brevet FR2315752A1 — publié le 19770121

La présente invention est relative, d'une façon générale, aux câbles à basse tension et elle a trait plus partîculierement à la protection des câbles contre un échauffement excessif, du par exemple à un défaut de masse ou un défaut entre conducteurs. On sait que les câbles à basse tension sont malheureusement encore la cause de nombreux incendies. Ceci résulte du fait que la protection des lignes par des disjoncteurs ou des fusibles n'est efficace que dans le cas de court-circuits francs s'é- tablissant très rapidement tel qu'une pelleteuse, par exemple, peut en produire en arrachant un câble. Mais il arrive souvent que le câble présente un défaut évolutif, en particulier lorsque ses isolants ont été affaiblis en un point par une contrainte quelconque. Dans un tel cas, avant que le courant de défaut n1 atteigne une valeur capable de provoquer la coupure automatique des appareils de protection même réglés pour le courant nominal du câble, la quantité de chaleur produite dans un volume de matière réduit arrive facilement à y faire naître une température provoquant la destruction des isolants. Par exemple, un câble du type 1 000 R 12 N de 3 x 95 pouvant supporter 275 A. en régime continu et protégé par un disjoncteur réglé pour ce courant peut dissiper au maximum dans l'air 40 W. par mètre de longueur. S'il se produit un défaut de 4 000 =u entre deax phases alimentées sous 400 V., la puissance produite sera de 40 W. ; Si ce défaut n'interesse que 10 cm de longueur de câble, la puissance à évacuer ne devrait être que de 4 W. ; elle se trouve donc être dix fois plus forte. Quand le câble aura continué à se détériorer, la puissance dans le défaut augmentera, pour atteindre cent fois sa valeur normale pour un isolement de 400 Jt, correspondant à un courant de 1 A seulement, bien incapable de faire agir les protections classiques. Ce phénomène est des plus dangereux et c'est pour cela que les règlements ont institué l'obligation d'installer des indicateurs d'isolement, avec coupure automatique en cas de défaut à la masse sur deux conducteurs différents. Cependant, les appareils actuels n'étant pas capables de discerner le cas où l'isolement baisserait dangereusement sur deux conducteurs distincts, on attend que le phénomène prenne une ampleur suffisante pour faire agir la protection à maximum, c'est-à-dire, pratiquement, qu'il ait déjà pu entraîner les plus graves conséquences. Du rester c'est aus cette protection à maximum qui joue dans le cas où un défaut d'isolement entre conducteurs aurait provoqué un courant largement capable de provoquer un incendie.1 car dans ce cas a aussi; on ne peut pas surveiller l'isolement entre phases ou ertre phases et neutre. Il est donc indubitable que la protection des circuits actuellement est très mal réalisée lorsqu'il ne s'agit pas d'un défaut grave et évolution pratiqement instantanée L'invention a pour but de fournir un câble et un montage associés capables de pallier meme les défauts à évolution lente. Elle a donc pour objet un câble électrique comportant au moins un conducteur électrique isolé, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un fil de protection fusible à une température relativement basse pouvant devenir dangereuse et en relation d'échange thermique avec au moins un des conducteurs du câble, ce fil fusible s'étendant sur toute la longueur du câble. Grâce à ces caractéristiques, il n'est alors nécessaire de surveiller ni l'isolement du câble, ni la valeur du courant qui le parcourt, mais sa température elle-même. L'invention a également pour objet n montage électrique comportant au moins un câble tel que défini ci-dessus et un contacteur à commande élect:comagnétique connecté entre ce câble et une source de tension,caractérisé en ce que le fil fusible du câble est relie d'une part au circuit d'alimentation de l'organe de commande électromagnétique et/ou d'un dispositif de signalisation, et d'autre part, à l'extrémité du câble opposé audit contacteur, à l'un des conducteurs du câble. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple - la Fig 1 représente une vue en couve d'un câble connu suivant l'invention ; - la Fig. 2 montre un schéma d'un montage de protection d'un câble triphasé suivant l'invention, agissant sur un contacteur alimentant ce câble - la Fig. 3 est une variante du schéma de la Fig. 2 - la Fig. 4 montre un- montage Se protection d'une installation comportant plusieurs câbles suivant l'invention branchés en parallèle sur un même câble d'alimentation - la Fig. 5 est un schéma d'un montage permettant outre la protection du câble, une localisation du défaut qui slest produit dans celui-ci - la Fig. 6 montre un schéma d1un câble muni d'un dispositif de localisation à lampes témoins incréés dans le câble et - la Fig. 7 montre un montage de protection de plusieurs câbles interconnectés avec localisation de defaut. La Fig. 1 représente la vue en coupe d'un cable i à trois conducteurs, conçu suivant l'invention, dans lequel il est prévu un fil 2 fusible à basse température, disposé dans le câble I au cours de sa fabrication et s'étendant sur toute la longueur de celui-ci. Ce fil peut etre réalisé en toute matière appropriée fondant à une température relativement basse et on utilisera, de préférence pour ce fil par exemple du métal de Rose ou du métal de ood dont les points de fusion sont respectivement de 940C et de 600C ou bien un alliage d'etain-indium. Bien entendu, le câble de la Fig. 1 n'est représenté qu'à titre d'exemple, car il peut s'agir de tout type de cable comportant un nombre quelconque de conducteurs.Comme représenté, le fil fusible est prévu de préférence dans l'axe du câble, car normalement c'est à cet endroit que la température du câble est la plus éle- vée étant donné qu'il est le plus éloigné de la surface extérieure de refroidissement qui constitue l'enveloppe extérieure du câble. La mise en oeuvre de lrinvention est plus aisée lorsqu'il s'agit de câbles à trois ou quatre conducteurs, mais il est cependant possible de l'étendre aux cas de câbles bipolaires et même, unipolaires : dans ce dernier cas, le fil fusible peut être incorporé dans l'isolant du câble1 ou, au besoin,lui être accolé en le serrant contre lui au moyen par exemple, d'un enrubannage supplémentaire. Le fil fusible 2 permet d'une façon simple et indéréglable de surveiller constamment la température du câble et ce sur toute la longueur de ce dernier. Par conséquent, l'invention se différencie nettement des dispositifs de surveillance de la technique antérieure dans laquelle on s'est toujours attaché à surveiller non pas la température, mais l'isolement du câble ou l'intensité du courant qui le traverse. Il suffit donc de surveiller la continuité du fil fusible protecteur pour s'assurer qu'en aucun point la température du câble n'a dépassé sa température de fusion. On y arrive en le faisant parcourir par un courant faible qui s'interrompt par suite de cette fusion. C'est ce que montre la Fig. 2, qui constitue un montage de protection du câble 1 à l'aide de son fil fusible 2. Le câble étant triphasé, le fil fusible 2 est connecté, à l'extremite 3 du câble 3, à I'une des phases de celui-ci. L'autre extrémité du câble 1 est reliée à une source d'alimentation triphasée par l'intermédiaire d'un contacteur 4 de type classique comportant une bobine de fermeture et de maintien 5 et un contact dlauto-alimentation 6. Par ailleurs, il est prévu des contacts 7 et 8 de fermeture et d'ouverture du contacteur 4, habituels dans ce genre de montage. Selon l'invention, le circuit d'alimentation de la bobine 5 passe par le fil 2 et est donc le suivant ; phase T du câble (point 3), fil 2, contact 6 ou bouton-poussoir 7, bobine 5, boutonpoussoir 8, phase S en amont du contacteur. Il est évident que des qu'Un point chaud dans le câble 1, dont la température est capable de faire fondre le fil fusible 2, rompt ce dernier et par suite, le circuit de maintien de la bobine 5, cela fait s'ouvrir le contacteur 4. Ainsi, le câble 1 est protégé automatiquement contre toute augmentation dangereuse de température du câble, quel que soit l'endroit ot se produise cette augmentation. La Fig. 3 représente un autre montace de protection pour le câble 1, dans lequel le fil fusible 2 est connecté, à l'extrémité aval 3 du câble, à un ensemble de selfs 9 reliees en étoile aux trois phases du câble. L'extrémité opposée du fil 2 est connectée à un relais auxiliaire 10 dont, au repos, l'un des contacts 11 est fermé. Un autre relais 12 est branché directement sur deux phases du câble 1.Son contact 12a est à fermeture temporisée et connecté d'une part à une lampe de signalisation 13 ou autre dispositif d'alarme ou de signalisation analogue, et d'autre part à la phase S du câble en amont du contacteur par l'intermédiaire du bouton d'arrêt-8, Dans ce- cas, la lampe 13 reste éteinte tant que le relais 10 demeure excité et elle sera allumée dès qu'une coupure se produit dans le fil 2.Le contacteur 4 reste alors fermée de sorte que la charge que le câble 1 alimente peut rester sous tension, mais un défaut étant signalé, on peut prendre les mesures nécessaires pour réparer le défaut. I1 est à noter que dans le cas de cette variante, le relais 10 peut fonctionner sous un courant faible, ce qui peut être utile dans le cas ou le fil fusible offrirait une assez forte résistance du -fait de sa longueur en particulier. D'ailleurs, les selfs 9 permettent de limiter le courant circurant dans le fil 2 afin de déterminer sa valeur convenable. Dans certains cas, on peut également alimenter le fil sous une tension réduite,voir même prévoir une source d'énergie autonome pour alimenter le fil 2. Le circuit principal 14 de la Fig. 4 comprend le contacteur 4 muni de sa bobine 5, son contact dlauto-alimentation 6 et les boutons-poussoirs de marche et d'arrêt 7 et 8. Le montage est conçu de telle manière que le circuit d'auto-alimentation de la bobine 5 s'interrompt chaque fois qu'un échauffement inadmissible se produit dans l'un ou l'autre des câbles de départ lA ou 1B. En considérant par exemple le montage de protection associé au câble lA, on voit que le fil fusible 2A de ce dernier est connecté au point 3A à la phase R et relié par ailleurs, par l'intermédiaire d'un bouton-poussoir de contre 15 et d'une résistance de limitation de courant 16 à une bobine d'excitation 17 d'un premier relais 18 branchée par ailleurs à la phase T en amont du contacteur 4. Ce relais comporte un contact 19 ferme au repos qui est connecté également à cette phase T et relié par ailleurs à un contact 20, ouvert au repos, et à retardement à la fermeture, d'un relais 21 dont la bobine 22 est branchée aux phases S et T en aval du contacteur 4.Le contact 20 est connecté à une bobine 23 d'un relais 24, à un premier contact 25a d'un inverseur de ce relais et à une lampe de signalisation 26 qui est branchée en parallèle sur la bobine 23, le contact 25a étant par ailleurs relié à la phase T. Le contact 25b de l'inverseur est connecté en série avec le contact d'auto-alimentation 6 du contacteur 4 et avec son homologue du circuit de protection du câble 1B, comme représenté de sorte que l'un ou l'autre de ces contacts 25b sont suscephibles de couper l'auto-alimentation de ce contacteur. Le fonctionnement est le suivant Au moment ou l'on agit sur a-e bouton-poussoir 7, le contacteur 4 se ferme et les lignes qui en dependenc se mettent sous tension. Le relais 18 se trouve excité par l'intermédiaire du fil fusible 2A ou 2B et de la résistance de limitation 16, et il ouvre son contact 19. Par ailleurs, le relais 2i frime son contact 20 avec une légère temporisation pour permettre au relais 18 d'ouvrit le sien au préalable. De cette manière, la bobine 23 du relais 24 ne se trouve pas sous tension. Mais si le fil fusible 2A ou 2B se rompt, le contact l9 du relais 18 correspondant retombe et se referme, entraînant l'exci- tation du relais 24 et l'alimentation delta lampe témoin 26. Ce relais d'une part, coupe lSauto-alimentation du contacteur 4 qui s'ouvre et d'autre part, assure son auto-alimentation, ce qui permet à la lampe de signalisation 26 de rester allumée. On est ainsi renseigné sur le circuit qui se trouve en défaut. Enfin, le bouton poussoir 15 monté en série dans le circuit du fil fusible 2A ou 2B permet de réaliser une coupure dans le but de vérifier de temps à autre le bon fonctionnement de l'installation. On peut modif'er légèrement les montages décrits précédemment pour permettre, après coupure, la localisation du défaut dans le câble ; pour cela, il est nécessaire de prévoir au lieu d'un fil fusible simple, un fil fusible double 27a, 27b avec un isolant de séparation 2g se détruisant facilement à la chaleur (Fig. 5). Dès lors, le point de fusion de cet isolant étant atteint, les deux conductrurs du fil fusible double se soudent, ce qui permet de déterminer la distance à laquelle le défaut se trouve de l'origine, en fonction de la résistance spécifique de ce fil. Pour plus de commodité, on peut prévoir des bornes 29 ou même un socle de prise de courant 30 permettant le branchement facile d'un ohmmètre (Fig 5). Si la section du fil fusible était unifiée pour les différents circuits, il pourrait être pratique de munir l'ohmètre d'une graduation établie directement en mètres de longueur de câble. Pour le reste, le fonctionnement du circuit de la Fig. 5 est identique à celui de la Fig. 2. On peut aussi localiser-le défaut par tâtonnements en ne conservant qu'un seul fil fusible comme sur les Fig. 2 et 4, en réalisant une jonction provisoire entre le fil fusible et le conducteur actif intéressé, en differents points de la ligne successivement ; tant que cette jonction sera opérée en amont du défaut, l'installation conservera son fonctionnement normal et le se maintiendra fermé ; au contraire, si la jonction d'essai a lieu en aval du défaut, le contacteur ne peut pas rester fermé. On peut aussi placer le long d'un-rircuit à surveiller un certain nombre de lampes de signalisation 31 montées comme indiqué sur la Fig. 6 qui demeurent alors allumées en aval du défaut et sont éteintes en amont ; ces lampes peuvent facilement être installées aux endroits où il existe des boites de jonction ou de dérivation. Le même montage peut être utilisé pour signaler un défaut sur une dérivation. On peut ainsi provoquer la signalisation et la coupure à l'origine d'une ligne principale 32 Ri un défaut se déclare sur une dérivation 33 en utilisant un relais 34 coupant le fil fusible 35 du circuit principal 32, comme représenté sur la Fig. 7. Le relais 34 comporte une bobine 35 branchée sur le fil fusible 2D de la dérivation 33 et sur la phase S. La bobine actionne un inverseur comportant un contact de repos 36a connecté sur deux phases par une lampe témoin 37 et un contact de travail 36b qui relie deux tronçons du fil fusible 2P du câble principal 32. Ce montage permet ainsi la signalisation d'un défaut sur la dérivation 33 par allumage de la lampe témoin 37 grâce à la coupure de la bobine du relais 34. Ce dernier en retombant sépare également les tronçons du fil fusible 2P du cable 32, phénomène qui peut alors être utilisé pour couper la bobine dlun contacteur comme -précédemment décrit. Bien entendu, les applications décrites ci-dessus sont des tinées à montrer différentes façons d'utiliser le câble protégé par un fil fusible mais elles ne sont pas exhaustives, d'autres solutions pouvant rentrer dans le cadre de la présente invention. Elles permettent cependant de se rendre compte des facilités de mise en oeuvre de celle-ci. Par exemple, le contacteur 4 peut être constitué par tout type de dispositif de manoeuvre électrique tel que disjoncteur, discontacteur, etc. - REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection et/ou de surveillance pour au moins un câble électrique comportant au moins un conducteur électrique isolé, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un fil de protection (2 t 2A, 2B ; 2D, 2P) incorporé audit câble, fusible à une température relativement basse pouvant devenir dangereuse et en relation d'échange thermique avec au moins un des conducteurs du câble (1 ; lA,- lB ; 32, 33), ce. fil fusible s'étendant sur toute la longueur du câble. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit cable (1) comportant plusieurs conducteurs disposés autour de son axe, ledit fil fusible (2) est disposé sur ledit axe. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fil fusible est disposé à l'extérieur de l'isolant des conducteurs du câble et maintenu en place par un enrubannage entourant l'ensemble. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit fil de protection est double (27a, 27b), ses éléments étant séparés par un isolant se détrui- sant à une température pouvant devenir dangereuse pour le câble. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le câble comprend réparties de distance en distance sur sa longueur des lampes-témoins (31) connectées audit fil fusible (2) et à l'un de ses conducteurs. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un contacteur à commande électromagnétique connecté entre ledit câble et une source de tension, caractérisé en ce que le fil fusible (2) du câble (1) est relié d'une part au circuit d'alimentation (6, 7, 8, S) de l'organe de commande électromaunétique (5) et/ou d'un dispositif de signalisation ou d'alarme et d'autre part à l'extrémité (3) du câble (1) opposée audit contacteur (4), à l'un des conducteurs (T) du câble (1). 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'une impédance de limitation de courant (9 ; 16) est branchée en série avec ledit fil fusible (2 ; 2A, 2B). 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que ledit fil fusible (2) est connecté audit circuit d'alimentation (6, 7, 8) dudit organe de commande électromagnétique (5) par l'intermediaire d'un relais (24) dont l'un des contacts (255) est susceptible d'interrompre ledit circuit d'alimentation au ment de llapparition d'un défaut dans le câble tl) 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit relais (24) comprend en outre un contact auxiiiaire (25a) relié à un dispositif de signalisation et/ou d'alarme (21, 26). 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9 dans lequel plusieurs câbles sont raccordés en parallèle audit contacteur, caractérisé en ce que les contacts dlinterrup- tion (25b) associés à tous les câbles (lA, 1B) sont raccordés en série au circuit d'alimentation (6, 7, 8) de l'organe de commande (5) dudit contacteur. 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications préidentes,dans le cas où il comporte un câble tel que défini dans la revendication 4, caractérisé en ce qu il comprend en outre deux bornes (29) raccordées à l'extrémité amont du câble pour le branchement d'unohmiêtre afin de localiser le défaut dans le câble. 12. Dispositif comportant au moins deux câbles, tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 5, l'un des câbles étant un câble principal et l'autre un câble de dérivation, caractérisé en ce que le fil fusible (2P) du câble principal (32) est interrompu à l'endroit de la dérivation et branché à un contact de travail (36b) d'un -relais (34) dont la bobine d'excitation (35) est raccordée en série avec l'un des conducteurs du câble de dérivation (33) et ledit fil fusible (2D) de ce dernier. 13. Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce que ledit relais comprend également un contact auxiliaire (36a) pour actionner une lampe témoin (37) ou autre dispositif d'alarme et/ou de signalisation dans le cas d'un défaut dans le câble de dérivation (33).