Brevet FR2379153A1 — publié le 19780825

Cette invention concerne un dispositif fusible et plus particulièrement un dispositif fusible limiteur de courant pour protéger un dispositif semi-conducteur d'un courant excessif, ce dispositif pouvant être utilisé dans un circuit à courant fort. Au cours de ces dernières années on xutilise dans la technique des éléments semi-conducteurs, entant que convertisseur courant alternatif-courant continu ou courant continu-courant alternatif pour la transmission du courant continu, un élément semi-conducteur redresseur, tel qu'une diode ou un thyristor à la place d'un convertisseur classique au mercure ou d'un redresseur de puissance. Cependant, ainsi qu'on le sait, un élément semi-conducteur présente une faible capacité de résistance aux courants excessifs et une fragilité thermique comparée à un convertisseur au mercure. En conséquence on a été amené à utiliser en tant qu'élément redresseur semiconducteur, un tel élément qui possède une capacité de courant qui/bien plus élevée que le courant prévu, c'est-àdire un élément qui soit suffisamment résistant à l'encontre d'un courant important créé par un court-circuit accidentel dans le système de transmission de courant continu, afin d'éviter tout trouble de fonctionnement. Cependant, dans un tel cas, le prix de revient d'un tel équipement est devenu prohibitif, si bien qu'on a proposé d'insérer le fusible limiteur de courant connu dans un système de courant alternatif, en série dans un élément redresseur semi-conducteur, cet élément fusible fondant avant qu'un fort courant, tel qu'un courant de court-circuit, n'atteigne une valeur qui provoque une rupture thermique de l'élément redresseur semi-conducteur, ceci afin de protéger l'élément. Si, par exemple, dans un fusible limiteur de courant largement utilisé jusqu'à présent, on utilise un élément fusible à l'argent en forme de feuille plane munie dtune encoçhe ou d'une entaille (ayant donc une partie de largeur réduite), placé dans un conteneur, un dispositif fusible rempli de poudre de quartz placé à la périphérie de cet élément présente un courant maximal continu de l'ordre de 1000 A au plus, mais son temps de coupure est considérablement long, pouvant dépasser 10-20 milli-secondes. Etant donné que l'on veut obtenir au moins 1000A comme courant continu maximal et moins de plusieurs milli-secondes comme temps de coupure, un tel fusible est impropre pour protéger un conver tisseur à semi-conducteur. Les exigences en matière de temps de coupures peuvent être remplies en réalisant un élément fusible ayant une section droite suffisamment petite pour obtenir une faible quantité de chaleur de fusion, cependant le dégagement de chaleur du fusible devient également important ce qui oblige à limiter le courant maximal continu. On est donc amené à trouver une solution à ce problème faute de quoi, on ne peut pas obtenir de dispositif limiteur de courant protégeant un invertisseur semi-conducteur courant alternztif-courant continu, en utilisant des dispositif classiques de fusibles limiteurs de courant. L'invention apporte un perfectionnement à un élément fusible classique de forme creuse et elle développe en même temps un dispositif de fusible limiteur de courant en relisant un fusible cylindrique perforé,en remplissant le fusible à l'aide d'un agent de suppression d'arc contenu dans un corps cylindrique et en immergeant le fusible perforé dans une huile isolante froide. Un autre objet de l'invention est d'apporter un fusible limiteur de courant à courant continu important, à faible quantité de chaleur de fusion et présentant des caractéristiques de fonctionnement remarquablement rapideS Un autre but de cette invention est d'apporter un fusible limiteur de courant ayant de larges domaines d'applications alliant des faibles tensions aux tensions extrêmement élevées. Un autre objet encore de cette invention est d'apporter un dispositif limiteur de courant à hautes caractéristiques de fonctionnement et dans lequel le dégagement de chaleur du fusible engendré par une transmission de courant est absorbé largement par l'action de convection de l'huile isolante froide, ce qui assure un courant de fonctionnement remarquablement important comparé aux fusibles fonctionnant à température normale ; l'élément fusible comportant par ailleurs une section droite telle qu'elle réduit le temps de fusion. Un dispositif fusible liniteur de courant selon la présente invention comprend une enveloppe externe replie dune huile isolante froide, un corps cylindrique dans lequel est scellé un élément fusible creux avec un agent de suppression d'arc et qui est immergé dans une huile isolante froide, et, une paire de ornes de connection et de fixation métalliques couplées à l'élément fusible creux et fixées aux deux extrémités du corps cylindrique l'une des extrémités de chaque support étant fixée au corps cylindrique de façon à laisser passer l'huile isolante froide au travers d'un alésage interne et à l'autre extrémité de façon à faire saillie de l'enveloppe externe. En variante, l'enveloppe externe peut etre divisée en deux parties, ces parties étant raccordées l'une à l'autre. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs. Sur les dessins - la figure 1 est une vue en élévation avec arrachement et coupe partielle axiale verticale d'un premier mode de réalisa tion d'un fusible selon l'invention, - la figure 2 est une vue en bout prise en regardant le côté droit de la figure 1-, - la figure 3 est une vue en élévation d'un second exemple de réalisation de l'invention, et, - la figure 4 est une vue en bout prise en regardant le côté droit de la figure 3. Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures 1 et 2, une enveloppe externe 1- est remplie d'une quantité appropriée d'une huile isolante froide 2, à la pression atmosphérique ou à une pression supérieure. La référence 4 désigne un corps cylindrique dans lequel a été hermétiquement enfermé un agent de suppression d'arc 5, constitué par exemple de particules de quartz, et dans lequel est placé un élément fusible creux 6, le corps 4 étant immergé dans l'huile isolante 2. L'élément fusible creux 6 possède selon son axe longitudinal un alésage interne 7 le traversant de part en part. Cet élément fusible 6 est couplé à ses deux extrémités à une paire de supports métalliques 3, servant de bornes conductrices, la disposition étant telle qu'elle permet une circulation d'huile froide au travers de l'alésage 7. La référence 8 désigne l'extrémité d'obturation annulaire du corps 4 et les parties terminales des supports métalliques 3 sont fixées à cette extrémité annulaire 8 par un écrou (non représenté). Une telle disposition est préférable en cas de réparation du dispositif fusible, cependant, on peut utiliser d'autres moyens de fixation, notamment par soudure, lorsque la réparation ou l'échange de l'élément fusible ne sont pas envis. L'autre extrémité du support-borne conductrice 3 fait saillie vers l'extérieur en traversant la surface latérale de l'enveloppe 1. On prévoit un écran approprié 10 pour s'opposer à toute fuite d'huile de l'enveloppe 1, ou à toute entre n'air dans cette enveloppe au travers de la surface latérale et des parties des bornes supports 3 qui la traversent. Cet écran 10 peut être réalisé en caoutchouc présentant une bonne résistance à l'huile et de bonnes propriétés isolantes. En principe il est nécessaire de prévoir une excellente isolation électrique et une bonne étanchéité à l'eau entre la partie conductrice et l'enveloppe externe 1. Comme huile isolante a remplissent ltenveloppe externe 1, on peut utiliser une huile de silicone du type huile isolante syn- thétique, cependant on peut également utiliser en tant qu'huile synthétique, une huile chlore composant un agent anti-conrosion, une huile sulfonique, une huile fluore et similaire. On peut également utiliser une huile isolante du type huile minérale.Les propriétés essentielles que doivent présenter ces huiles isolantes sont les suivantes : forte résistance à la rupture de l'isolation, faible viscosité, point d'ignitlon élevé, bas point de coagulation, absence d'éléments corrosifs vis à vis du fusible, stabilité électrique et ehimique et enfin bonne résistance thermique, comme l'huile de silicone mentionnée ci-dessus. Selon un exemple de réalisation préféré de cette invention, l'enveloppe externe 1 et le corps cylindrique 4 sont réalisés en résine synthétique renforcée ou en céramiques. On peut également utiliser un métal présentant les qualités appropriées, après un traitement d'isolation de surface si nécessaire. Le support conducteur 3 est, de préférence, réalisé en un métal bon conducteur, tel qTle le cuivre, l'aluminium et similaire. Les figures 3 et 4 illustrent un second exemple de ré alis a- tion de l'invention dans lequel on a séparé l'enveloppe extérieur 20 en deux parties, une cloison 21 raccordant ces deux parties, cette cloison étant scellée à l'aide d'un agent approprie. L'enveloppe 20, divisée en deux parties est renforcée a l'aide d'une bande de fixation 25 s'ajoutant à l'agent de tiviSon. Cette bande 25 peut être métallique ou formée de résine synthétique ou bien encore de caoutchouc. Bien entendu les fortes et les dinensions externes des parties de l'enveloppe et ae le bande 25 ne sont pas limitées à l'exemple représenté. Bien entenou, l'enveloppe 20 comporte une ouverture filetée 22 pour fixer l'extrémité du support conducteur 3. Dans l'exemple représenté, l'enveloppe 20 est en céramique et l'ouverture 22 est munie d'un moyen d'étanchéité et on y appliqué la surface latérale du support 3. Bien entendu on prévoit, en des emplacements appropriés des enveloppes extérieures 1 et 20, décrites ci-desszls, des fenêtres d'observation du niveau d'huile (non représentées sur les dessins) ou des valves de sécurité. En outre, le support-conducteur 3 peut être réalisé de façon à faire saillie des deux côtés des enveloppes externes 1 et 20. Llélément fusible creux 6 de la figure 1 est muni d'une rainure 6f de profondeur déterminée de façon à diminuer la quantité de chaleur de fusion d'un fusible désiré et à obtenir les carac téristiques de fonctionnement rapide recherchées. Par ailleurs, en ce qui concerne la forme de l'alésage 7, elle peut être simplement circulaire, comme représenté au dessin, ou bien encore cet alésage peut présenter une surface périphérique interne ondulée ou munie d'une pluralité de perforations afin de renforcer l'effet de refroidissement par l'huile isolante froide 2. Dans l'exemple représenté à la figure 4 les éléments fusibles 6 ont été intégrés dans le corps cylindrique1. I1 est également possible dans ce cas de faire circuler l'huile isolante au travels des alésages internes de chaque élément fusible Ainsi que celà ressort bien de la description qui précède, le dispositif fusible selon l'invention refroidit de façon active l'élément fusible grâce à la circulation d'huile froide au travers de son alésage et il absorbe la chaleur dégagée par l'élé- ment fusible grâce à cette huile isolante froide. On peut ainsi augmenter d' une marge importante le courant de fonctionnement continu d1un élément fusible classique et en outre raccourcir la durée de l'arc produit grâce à la présence de suppression d'arc. Par ailleurs si l'huile froide est à une pression suffisamment élevée, on obtient effectivement une suppression d'arc sous haute pression Les essais auxquels le Demandeur s'est livré ont montré que le temps de fusion de l'élément de fusion refroidi ne présentait pas de différence remarquable avec celui d'un fusible à température normale, le taux d'augmentation du courant de fonctionnement étant bien plus important que celui de la quantité de chaleur de fusion. Ceci démontre, qutindependamment de la configuration de la section droite de l'élément de fusible 6, on peut obtenir librement un courant en fonctionnement maximal continu en choisissant de façon convenable la quantité, le débit et les caractéristiques de l'huile. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un dispositif fusible limiteur de courant pour protéger des courants exces sifs, qui présente llnPexcellente aptitude de circulation de courant, comparativement aux fusibles classiques limiteurs de courant et qui apporte en outre un effet limiteur de courant. RxVi 2TDICiGIONS 1. Dispositif fusible limiteur de courant caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe externe remplie d'une huile isolante froide, un corps cylindrique étanche dans lequel a été scellé un élément fusible creux avec un agent de suppression d'arc et qui est immergé dans ladite huile isolante froide et, une paire de supports métalliques conducteurs, servant de bornes, couplés con ductivement à l'élément fusible creux et fixés aux deux extrémités dudit corps cylindrique, l'une des extrémités de chaque support étant fixée au corps cylindrique de façon à laisser passer l'huile isolante froide au travers d'un alésage interne traversant de part en part l'élément sufible creux, l'autre extrémité faisant saillie de l'enveloppe externe. 2.- Dispositif fusible limiteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe externe est divisée en deux parties, ces parties étant raccordes l'une à l'autre. 3.- Dispositif fusible limiteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'huile isolante froide est choisie dans le groupe comprenant une huile de silicone des séries des huiles isolantes synthétiques, une huile chlorée additionnée d'un inhibiteur de corrosion, une huile sulfonique, une huile fluorée ou une huile isolante des séries des huiles minérales.