Brevet FR2471662A1 — publié le 19810619

Dans le brevet français 2 123 227 et son addition 2 142 867 l'on a décrit un dispositif de coupure à action ultra-rapide comprenant essentiel- lement un conducteur monté en parallèle sur un système fusible et suscep- tible d'être détruit par une charge pyrotechnique allumée soit par un cir- cuit de commande approprié (par exemple lors-d'une surintensité), soit par le seul. échauffement du conducteur lui-même. En pareil cas la destruction du conducteur est quasi-instantanée, mais elle n'interrompt pas le passage du courant qui continue à circuler à travers le système fusible, Ce dernier, prévu à un faible calibre, fond extrêmement vite, mais toutefois avec un certain retard par rapport à l'interruption du passage du courant à travers le conducteur. Il en résulte qu'il ne se forme pas d'arc entre les extrémités résiduelles de celui-ci, l'énergie de coupure se dégageant dans le système fusible, lequel peut être enrobé à l'intérieur d'une cartouche propre à absorber cette énergie sous forme de chaleur dans une masse de matière d'ex- tinction d'arc. Finalement l'on aboutit à des temps de coupure extrêmement courts, comme cela est désirable pour éviter tout dommage aux installations en cas de court-circuits ou analogues. L'expérience a toutefois montré que les dispositifs du genre en ques- tion comportaient certains inconvénients qui ne permettaient pas de tirer le plein parti de leurs possibilités théoriques. En premier lieu le conducteur destructible y est placé dans une cham- bre, la charge pyrotechnique étant située au contact ou au voisinage immé- diat de l'une de ses faces et des évents étant prévus dans la paroi de la chambre qui se trouve en vis-à-vis de l'autre face pour permettre l'évacua- tion des gaz provenant de l'explosion. La chambre communique donc obligatoi- rement avec l'extérieur de sorte que des poussières peuvent y accéder et créer un passage de cheminement superficiel pour le courant électrique. On pourrait évidemment fermer les évents par des feuilles minces que les gaz arracheraient, mais cela compliquerait la construction et rendrait l'appareil plus ou moins fragile. Un second inconvénient est qu'aussitôt que la charge a explosé, la chambre précitée se remplit de gaz à haute température et donc plus ou moins ionisés dans lesquels un arc peut s'amorcer lors de la rupture du fusible si celle-ci entraîne une surtension notable. On peut d'ailleurs remarquer que le système fusible (ou la cartouche à fusibles) disposé sur le c8té du conducteur destructible, détermine avec ses liaisons aux extrémités de celui-ci une sorte de demi-spire dont la réactance est sans doute faible, mais cependant non négligeable, Il en ré- sulte qu'aux très forts dI/dt qui se présentent fréquemment lors d'un court- 247 1662 circuit, le passage du courant à travers le système fusible se heurte à une force contre-électromotrice notable, laquelle apparaît aux bornes du conducteur en cours de destruction et peut y provoquer l'amorçage d'un arc, surtout si l'on tient compte de la présence des gaz chauds provenant de l'ex- plosion de la charge, comme sus-expliqué. Il est encore possible de relever que dans la forme d'exécution détail- lée au brevet principal la cartouche à fusibles était prévue amovible, ce qui comportait l'inconvénient qu'un monteur négligent pouvait omettre de la mettre en place en rendant ainsi le dispositif plus dangereux qu'utile. Suivant l'invention l'on prévoit que la charge pyrotechnique agisse sur le conducteur destructible non plus transversalement, mais bien longi- tudinalement. Plus précisément dans le dispositif suivant l'invention le conducteur destructible comprend: - une première partie ou partie amont, en forme de douille à es- pace intérieur cylindrique fermé à une extrémité par un fond et à l'autre par un chapeau rapporté, cet espace renfermant d'une part un piston en ma- tière isolante solidaire d'un bossage central de faible diamètre qui prend appui contre la partie centrale du fond précité et d'autre part la charge pyrotechnique disposée entre ce piston et le couvercle; - une partie intermédiaire de diamètre égal ou légèrement supé- rieur à celui du bossage du piston et solidaire du fond de la partie amont, cette partie intermédiaire, substantiellement co-axiale audit bossa- ge, n'étant solidaire du fond que par une première zone de liaison de sec- tion relativement faible; - et une partie aval creusée d'un alésage borgne substantiellement co-axial à la partie intermédiaire et au bossage du piston, cet alésage, prévu de diamètre égal ou légèrement supérieur à celui de la partie inter- médiaire, ne ménageant qu'une seconde zone de liaison à relativement faible section entre ladite partie intermédiaire et la partie aval; - le tout de façon que lors de l'explosion de la charge pyrotech- nique le piston isolant puisse arracher par cisaillement la partie inter- médiaire de la partie amont et de la partie aval et la repousser dans l'alé- sage de cette dernière, le bossage dudit piston venant dépasser au-delà de la partie amont pour l'isoler effectivement de la partie intermédiaire ainsi repoussée. On comprend que le faible diamètre relatif de la partie intermédiaire détermine la formation autour de celle-ci d'une sorte de chambre annulaire qu'on peut avantageusement isoler de l'extérieur par le moyen d'un manchon 2 47166d2 isolant entourant le conducteur destructible prévu cylindrique. Cette cham- bre, dans laquelle apparaît la discontinuité du conducteur destructible, est ainsi protégée de la poussière et, si elle est fermée de façon parfaite- ment étanche, on peut même la remplir à demeure d'un gaz difficilement ioni- sable, tel que de l'hexafluorure de soufre. Par ailleurs il est facile de réaliser le piston et/ou son bossage de manière qu'ils forment clapet isolant l'espace intérieur de la partie amont du conducteur destructible par rap- port à la chambre annulaire précitée, de sorte que la zone d'interruption de passage du courant se trouve entièrement à l'abri des gaz chauds prove- nant de l'explosion. Suivant une autre caractéristique de l'invention l'on utilise plusieurs cartouches à fusibles qu'on dispose de façon régulière autour du conducteur destructible, de façon que leur ensemble constitue pour le courant un passa- ge à réactance négligeable, ces cartouches étant montées à demeure de ma- nière à éliminer tout risque d'omission. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux compren- dre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer: Fig. I est une coupe axiale générale d'un dispositif suivant l'invention à sa position normale de circuit fermé. Fig. 2 reproduit partiellement fig. 1, mais en montrant les piè- ces à la position d'ouverture du circuit. Le dispositif représenté en fig. I comprend un conducteur destructible I présentant la forme d'un corps substantiellement cylindrique qu'on peut diviser en trois parties en partant de la gauche, savoir une partie amont la en forme de douille, puis une partie intermédiaire lb dont le diamètre se trouve réduit dans une mesure considérable par une gorge annulaire le et enfin une partie aval Id comportant un alésage borgne le de diamètre à peine supérieur à celui de la partie intermédiaire lb. La partie amont la délimite un espace intérieur cylindrique dont le fond If est en forme de tronc de c8ne évasé avec une dépression centrale cylindrique Il de faible profondeur et de diamètre légèrement inférieur à celui de la partie intermédiaire lb. L'agencement est tel que cette dépression ne laisse subsister qu'une zone de liaison 1h à faible section entre cette partie-lb et la partie amont la. De même d'ailleurs le fond de l'alésage borgne le de la partie aval Id ne ménage entre cette partie et celle intermédiaire Ib qu'une zone de liaison li à section relativement faible. La paroi de l'espace intérieur cylindrique de la partie amont la est revetue par un manchon 2 de faible épaisseur, fait en matière isolante. Dans ce manchon est monté à coulissement un piston 3 en matière isolante stratifiée à haute résistance mécanique non thermoplastique, dont la face tournée vers le fond dudit espace est conformée de façon à correspondre au profil de celui-ci, savoir avec une surface tronconique 3a et un bossage central cylindrique 3b, étant toutefois noté que la longueur de ce bossage est notablement supérieure à la profondeur de la dépression IL. Le piston 3 est normalement complètement repoussé à gauche de manière que son bossage 3b touche le fond de la dépression 1l, de sorte qu'un espace vide 4 de largeur notable est ménagé entre les surfaces tronconiques en regard du fond de la partie la et de ce piston 3. La face du piston 3 opposée au bossage 3b est creusée d'un alésage borgne 3c dans lequel est engagée l'une des extrémités d'un moteur pyro- téchnique 5. Ce dernier comporte un corps principal métallique 5a renfermant la charge pyrotechnique proprement dite, un piston'5b qui dépasse de ce corps pour venir au fond de l'alésage borgne-3c et à son extrémité opposée une tête 5c à laquelle aboutissent les conducteurs 6 d'allumage électrique. Le corps 5a est pourvu d'une nervure ou bride 5d contre laquelle prend appui une bague 7 en matière thermodurcissable serrée par le rebord inté- rieur d'une couronne métallique 8 vissée dans le débouché fileté de la partie amont la. La partie intermédiaire lb est percée axialement d'un trou taraudé dans lequel est vissée l'extrémité d'une tige 9 qui s'étend dans l'alésage borgne le de la partie aval Id. Le débouché de cet alésage est fileté inté- rieurement pour recevoir un bouchon métallique 10 percé d'un alésage axial a à faible angle-de cône convergeant vers l'extérieur, cet alésage rece- vant l'extrémité-9a de la tige 9, prévue à un angle de cône identique. La gorge le qui définit la partie intermédiaire-lb est fermée par un manchon Il s'étendant de part et d'autre de celle-ci sur une fraction de la longueur des parties amont et aval la et Id. Ce manchon est fait en matière thermodurcissable armée de fibres de verre de façon à comporter une grande résistance mécanique à la traction dans le sens longitudinal. Il est amarré aux parties amont et aval précitées par le moyen de goujons métallique 12 dont les extrémités opposées à l'axe du conducteur 1 sont re- couvertes par la matière constitutive du manchon ou par un revêtement rap- porté, le tout de façon que ces goujons soient maintenus en place et iso- lés de l'atmosphère extérieure. Il convient de noter que le manchon Il peut être prévu et monté de manière à fermer la gorge lc de façon parfaitement étanche, si on le désire. Le dispositif comprend enfin plusieurs cartouches fusibles 13 disposées régulièrement autour du manchon Il. Le nombre de ces cartouches peut varier suivant les cas, l'essentiel étant seulement qu'il y en ait au moins deux. Les extrémités de ces cartouches sont équipées d'équerres métalliques de contact 14 dont la branche horizontale est fixée à demeure aux parties amont et aval la et Id du conducteur destructible I au-delà du manchon Il par des vis 15. Pour utiliser,_le dispositif qu'on vient de décrire, on le monte sur un support approprié par le moyen de colliers métalliques de serrage venant entourer les extrémités des parties amont et aval la et Id pour constituer bornes de mise en circuit. Le courant passe normalement en presque totali- té par la partie intermédiaire lb dont la résistance ohmique est nettement inférieure à celle de l'ensemble des cartouches 13 qui ne sont donc tra- versées que par une très faible fraction de l7intensité de celui-ci et ne subissent aucun échauffement appréciable. Les fils 6 étant reliés à un appareil de commande approprié, par exemple à un détecteur de surintensité, lorsque celui-ci envoie un signal, la charge renfermée par le moteur 5 explose. Le piston intérieur 5b de ce moteur est donc repoussé vers la gauche et la force qui lui est appliquée est suffisante pour que le bossage 3b cisaille les zones dé liaison 1h et li de la zone intermédiaire Id avec les parties la et Id. On arrive ainsi à la position indiquée en fig. 2: la partie intermédiaire lbs, séparée des parties la et Id précitées, a été repoussée dans l'alésage le de la partie aval Id, tandis que la face gauche tronconique 3a du piston isolant 3 est venue s'appliquer à la façon d'un clapet contre le fond de forme correspon- dante If de l'intérieur de la partie amont la en faisant disparaître l'espa- ce vide 4 (lair qui remplissait ce dernier s'étant évacué par les défauts d'étanchéité du piston). En même temps la tige 9 a quelque peu cheminé à force dans le bouchon 10 moyennant une très légère dilatation de celui-ci, en réalisant ainsi un effet de freinage qui empêche la partie intermédiaire lb d'être projetée à l'extérieur à la façon d'un projectile. Le passage du courant à travers le conducteur destructible est donc coupé et toute l'intensité circule dans les cartouches 13 qui, prévues pour une limite de courant beaucoup plus faible, sautent presque instanta- nément en interrompant définitivement le circuit. Par suite de la présence du manchon entourant 11, la chambre annulaire ou chambre de sectionnement 16 définie par la gorge annulaire lc reste isolée de l'extérieur et par conséquent il ne peut s'y former un dépôt su- perficiel de poussières ou autres impuretés susceptibles de réaliser un tra- 2 4 7 16 6 2 jet de cheminement entre les parties amont et aval la et Id lors de la surtension qui suit le fonctionnement des cartouches 13. On peut même, si désiré, remplir cette chambre 16 d'une matière appropriée solide, liquide, voire même gazeuse propre à s'opposer à toute formation d'arc lors d'une telle surtension. En second lieu, en raison de l'effet de clapet résultant de l'applica- tion quasi-étanche du piston 3 contre le fond de la partie amont la, les gaz provenant de l'explosion de la charge pyrotechnique ne peuvent accéder à la chambre 16 pour y provoquer des phénomènes d'ionisation quelconques susceptibles de provoquer l'amorçage d'un arc et celà même si le corps 5a du moteur a éclaté. L'évacuation de ces gaz ne peut s'effectuer que par les défauts d'étanchéité entre les pièces qui ferment à droite l'espace intérieur de la partie la. Bien entendu rien n'interdit d'exagérer éventuel- lement ces défauts par des rainures, des orifices calibrés, etc... si on le juge nécessaire. On notera que le cisaillement de la partie intermédiaire lb entraîne deux réactions respectivement sur la partie amont la et sur celle aval Id. La première est équilibrée par la réaction en sens inverse appliquée à la bague 7. Quant à la seconde, elle est théoriquement supportée par le man- chon 11. Mais l'expérience montre que le phénomène de cisaillement est de si courte durée que l'inertie de la masse de la partie aval ld suffit pra- tiquement à lui résister (en d'autres termes, si les goujons 12 arrivent à déchirer localement le manchon 11, cela n'apparaît que sur une longueur né- gligeable de celui-ci et ne modifie rien au fonctionnement). Enfin en raison de la répartition régulière des cartouches 13 autour du conducteur desctructible 1, la brusque dérivation de la totalité de l'intensité à travers celles-ci ne fait apparaître aucun effet notable de self-induction, de sorte qu'il n'y a pas génération d'une surtension nota- ble de la coupure du conducteur précité0 Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. 247 1662 R E V E N-D I C A T I 0 N S 1. Dispositif de coupure d'un circuit électrique, à action ultra-rapi- de, du genre comprenant un conducteur monté en parallèle sur un système fusible et susceptible d'être détruit par une charge pyrotechnique, de manière que la totalité du courant passe alors par le système de fusible et le fasse immédiatement sauter, caractérisé en ce que la charge pyrotechnique (5) n'agit plus sur le conducteur destructible (1) dans le sens transyer- sal à la longueur au passage du courant dans celui-ci, mais bien dans le sens longitudinal de façon à arracher une partie (lb) de la longueur de ce conducteur. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le conducteur destructible comprend en combinaison: - une première partie ou partie amont (la), en forme de douille à espace intérieur cylindrique fermé à une extrémité par un fond (If) et à l'autre par un chapeau rapporté (7-8), cet espace renfermant d'une part un piston (3) en matière isolante solidaire d'un bossage central (3b) de relativement faible diamètre qui prend appui contre la partie centrale du fond précité (If) d'autre part la charge pyrotechnique (5) disposée en- tre ce piston (3) et le couvercle (7-8), - une partie intermédiaire (lb) de diamètre égal ou légèrement supérieur à celui du bossage (3b) du piston (3) et solidaire de la partie amont, cette partie intermédiaire, substantiellement co-axiale audit bossa- ge, n'étant solidaire du fond (If) de la partie amont (la) que par une pre- mière zone de liaison (1h) de section relativement faible; - et une partie aval (Id) creusée d'un alésage borgne (le) subs- tantiellement co-axial à la partie intermédiaire (lb) et au bossage (3b) du piston (3), cet alésage, prévu de diamètre égal ou légèrement supérieur à celui de la partie intermédiaire (lb), ne ménageant qu'une seconde zone de liaison (Ii) à relativement faible section entre ladite partie intermé- diaire (lb) et la partie aval; - le tout de façon que lors de l'explosion de la charge pyrotech- nique (5) le piston isolant (3) puisse arracher la partie intermédiaire (lb) de la partie amont (la) et de la partie aval (Id) et la repousser dans l'alé- sage (le) de cette dernière, le bossage (3b) dudit piston (3) venant dépas- ser au-delà de la partie amont (la) pour l'isoler effectivement de la par- tie intermédiaire (lb) ainsi repoussée. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le piston (3) est conformé de manière à s'appliquer de façon substantiellement 8étanche contre le fond (If) de la partie amont (la) à la façon d'un clapet, de manière à empêcher les gaz engendrés par l'explosion de la charge pyro- technique (5) d'accéder au point de rupture entre ladite partie amont (la) et la partie intermédiaire (1b), 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que la gorge annulaire (lc) déterminée par la réduction du diamètre du conducteur destructible (1) au droit de la partie intermédiaire (lb) est entourée de façon substantiellement étanche par un manchon (11) de manière à délimiter une chambre de sectionnement (16). 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la chambre de sectionnement (16) renferme une substance s'opposant à l'amorça- ge d'un arc. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que la charge pyrotechnique est constituée par un moteur (5) à corps métallique (5a) et piston intérieur (5b). 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le piston intérieur (5b) du moteur pyrotechnique (5) prend appui contre le fond d'une dépression (3c)-du piston isolant (3), tandis que le corps (5a) est retenu par une bague (7) convenablement fixée dans le débouché de la partie amont (la). 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce qu'à la partie intermédiaire (lb) est fixée une tige axia- le (9) qui traverse un bouchon (10) de guidage et de retenue monté dans le débouché de l'alésage borgne de la partie aval (Id). 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la tige (9) et la perforation centrale correspondante (10a) du bouchon (10) sont légèrement coniques de manière à assurer un freinage progressif du dé- placement.de la partie intermédiaire (lb), 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précè- dent, caractérisé en ce que le système fusible est constitué par plusieurs cartouches à fusibles (13) disposées régulièrement autour du conducteur destructible (1).