Brevet FR2478369A1 — publié le 19810918

La présente invention a pour objet un coupe-circuit électrique à fusible, tel que le(s) fusible(s) est(sont) entou- ré(s) d'une matière d'extinction d'arc et tel que le(s) fusible(s) est(sont) constitué(s) d'une ou plusieurs matières, les zones de coupure des fusibles étant éventuellement réduites, par exem- ples en épaisseur et/ou en largeur dans la section conductrice. La matière d'extinction sera le plus souvent du quartz hyalin arénacé (SiO2), mais d'autres matières peuvent également 9tre utilisées. L'invention a pour objectif-d'indiquer une cons- truction de coupe-circuit et un procédé permettant la fabrica- tion de coupe-circuits caractérisés par: - une puissance nominale par unité de volume plus élevée - et/ou une construction plus compacte - et/ou une courbe de fusibilité plus rapide que celles susceptibles d'8tre obtenues grâce aux techniques con- nues à l'heure actuelle. L'utilisation de la réduction mécanique de la sec- tion conductrice du fusible, par la réduction en largeur et/ou en épaisseur, est un procédé connu. Ainsi, les descriptions des brevets américains n0 3 543 209 et 3 543 210 présentent des cou- pe-circuits o les deux principes sont appliqués de manière com- binée. On sait également que pour obtenir une courbe de fusibilité rapide des coupe-circuits, il faut que le rapport de pincement soit grand (par exemple supérieur à l:O) et enfin, on sait que la réduction doit être effectuée de manière à maintenir la capacité de courant des parties non pincées du fusible. Le coupe-circuit, objet de l'invention, est carac- térisé en ce que chaque fusible est exécuté comme une construc- tion laminée comprenant une ou plusieurs couches-de matière de support principalement conductrice de la chaleur, électrQ-iso- lante, une réduction de la conductance électrique étant par ail- leurs éventuellement obtenue grace au choix judicieux de la ma- tière entourant la ou les zones de coupure. Un coupe-circuit de cette nature permet d'obtenir un effet de pincement beaucoup plus grand (5 à 10 fois) que celui obtenu jusqu'à présent gr9ce aux 2 2478369 techniques connues, sans que la capacité de courant des parties non pincées du fusible soit compromise. Ceci est dû, d'une part, au fait qu'en raison de la matière de support, il est possible d'utiliser des couches très minces dans la zone de coupure, et d'autre part au fait qu'en utilisant des matières adéquates, on peut opérer avec la réduction de la conductance électrique comme troisième dimension. En outre, les zones de coupures sont refroidies efficacement par la matière ou l'élément de support, qui confor- mément à l'invention est en contact intime avec l'élément conduc- teur d'électricité du fusible, ce qui permet de charger ce der- nier de densités de courant nettement plus élevées que ce qui est possible à l'heure actuelle. Une première exécution du coupe-circuit est carac- térisée en ce que la matière électroisolante du support est com- posée de deux ou plusieurs couches à conductances calorifiques différentes. Ceci permet de faire varier la constante de temps thermique de la couche superficielle sur laquelle l'élément con- ducteur d'électricité - donc générateur de chaleur - est cons- truit, ce qui donne la possibilité de construire des coupe-cir- cuits à courbes de fusibilité très particulières. En réglant l'épaisseur des différentes couches et leur conductance calorifique, il est par ailleurs possible d'adap- ter la constante de temps thermique à diverses combinaisons de courant et de temps. Ainsi, si l'on pose une couche de matière électro- isolante mince, mauvaise conductrice de la chaleur, entre la zone de coupure et la matière de support, cette couche jouera le r6le de frein calorifique en cas de surcharges violentes et entrafne- ra, dans ces cas, la coupure par le coupe-circuit. En cas de char- ge élevée continue, la chaleur est dérivée à travers la couche, ce qui est obtenu par un dimensionnement approprié de l'épaisseur et de la conductance calorifique de la couche. Le dimensionnement des diverses couches de l'élément de support permet ainsi de fa- briquer des coupe-circuits à courbe de fusibilité différente. Une seconde exécution est caractérisée en ce que l'élément conducteur d'électricité du fusible est composé de plu- 3 24783 69 sieurs couches, dont chacune est choisie en fonction des connais- sances des propriétés spécifiques des matières, qui sont souhai- tables dans les diverses zones du fusible. Là aussi, il est bien entendu possible que les différentes couches ne masquent pas toute l'étendue du fusible. On peut souhaiter, par exemple, utiliser dans la zone de coupure elle-même des métaux ou des alliages, dont la conductance électrique est bien définie et relativement bonne, mais on souhaite surtout qu'ils soient thermo-résistants. L'ar- gent et l'aluminium et leurs alliages conviennent dans ce cas. Dans les zones comprises entre les zones comprises entre les zo- nes de coupure et surtout dans les zones plus épaisses et consom- mant davantage de matière, on attache davantage d'importance au prix, c'est pourquoi le cuivre et l'aluminium seront utilisés. Comme couche de finition, on pourrait à nouveau utiliser une matière qui protège en étant thermo-résistante, l'emploi de l'aluminium et de diverses matières céramiques se justifierait ici pleinement. Une troisième exécution du coupe-circuit est donc caractérisée en ce qu'il est revêtu entièrement ou en partie d'une couche de finition en matière résistante. La présente invention porte également sur un pro- cédé de fabrication de ce coupe-circuit, et ce procédé est ca- ractérisé en ce que le(s) fusible(s) est(sont) fabriqué(s) de la manière suivante on applique ou on porte les différentes couches sur la matière de support principalement conductrice de la cha- leur, conductrice d'électricité, qui peut être par exemple de l'oxyde d'aluminium ou de glucinium, par métallisation sous vide, pulvérisation cathodique, technique du film massif (sérigraphie), galvanoplastie, précipitation chimique ou tout autre procédé ana- logue connu de laminage ou par des combinaisons de ces procédés. L'invention est ici expliquée dans le détail en se référant aux figures. - la figure 1 montre, en perspective, un élément fusible traditionnel avec réduction en largeur de la zone de cou- pure, - la figure 2 montre, en perspective, un second exemple d'élément fusible traditionnel, 4 t2478369 - la figure 3 montre, en perspective, un élément fusible traditionnel avec réduction en épaisseur de la zone de coupure, - les figures 4 à 10 montrent, en perspective, un certain nombre d'exécutions de coupe-circuits selon la présente invention. Tous les fusibles et tous les coupe-circuits sont présentés avec une épaisseur disproportionnée. La figure 1 montre un élément fusible connu com- posé d'une bande métallique 1 à évidements 1 et 3, donnant une réduction de la largeur pour la formation d'une zone de coupure 4. La figure 2 montre un autre élément fusible connu composé d'une bande métallique 5, dans laquelle sont découpés les trous 6, 7, 8 et 9. Les sections dans lesquelles les trous sont placés feront office de zones de coupure en raison de la réduc- tion de section. La figure 3 montre un troisième élément fusible connu composé d'une bande métallique 10, qui a été serrée dans des mâchoires cylindriques de sorte que l'épaisseur est réduite en vue de la formation d'une zone de coupure 11. La figure 4 montre un coupe-circuit selon la pré- sente invention, construit sur une matière de support 12 compo- sé d'une matière conductrice de la chaleur électro-isolante. Il convient ici de souligner que toutes les indications données dans la présente description et dans la demande de brevet portent à croire que le fusible est orienté de telle manière que la ma- tière de support 12 est en dessous. Ceci résulte uniquement d'un souci de commodité d'exposition, l'orientation du coupe-circuit étant bien entendu sans importance. Les différentes couches sont également représentées somme étant planes. Ceci ne doit pas non plus être limitatif, les couches pouvant, bien entendu, revêtir de nombreuses formes. L'élément de support est constitué par un isolant électrique fait d'une matière suffisamment résistante à l'arc, principalement bonne conductrice de la chaleur, par exemple des matières céra- miques contenant du quartz, de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de glucinium. Sur la couche de support 12 est posée une autre couche 13 grâce à une technique connue de laminage et sur cette 2478J69 couche 13 sont placées les couches 14 et 15, qui sont séparées par une rainure 16, de manière à former une zone de coupure ayant une réduction d'épaisseur correspondant au fusible mon- tré à la figure 3. Les figures 5, 6 et 7 montrent, dans le princi- pe, la m9me chose que la figure 4 et les différentes parties portent les mêmes chiffres de référence. Les dimensions des fi- gures sont de grandeur réelle et à la même échelle. L'échelle à la verticale, c'est-à-dire l'indication de l'épaisseur ou de la hauteur des fusibles est toutefois fortement agrandie. La figure 5 montre un fusible construit de telle manière qu'une réduction de la section de Igl6 est obtenue uniquement par ré- duction de l'épaisseur. La couche de support 12 est un substrat céramique constitué, par exemple, d'oxyde d'aluminium. La figure 6 montre un coupe-circuit dans lequel la même réduction est obtenué en combinant une réduction de l'épaisseur avec lune réduction de la conductance", c'est-à-dire en employant dans la zone de coupure ellem9me -couche 13- une matière à résistance électrique spécifique supérieure à celle des couches 14 et 15. La couche de support 12 est constituée de la m9me matière qu'en figure 5. La deuxième couche 13 est composée en un alliage argent-platine à résistance spécifique -8 de 6,4 x 10 -CL m, tandis que les couches 14 et 15 sont en ar- gent à résistance spécifique de 1,6 x 10 D8 m. La réduction d'épaisseur est de 1:4. Enfin, la figure 7 montre une construction, dans laquelle sont utilisés les trois principes de réduction, donnant ainsi un rapport de réduction de 1:60, la réduction d'épaisseur étant de 1:4, la réduction de conductance de 1:5 et la réduction de largeur de 123 et la couche 13 présentant les trous 17. La figure 8 montre une autre exécution avec une matière ou un élément de support 18, sur lequel est placée une couche d'argent 19. De chaque côté de la zone de coupure 24 sont posées trois couches de cuivre 20, 21 et 22, qui sont protégées contre l'oxydation par une couche de finition 23 constituée par une matière thermo-résistante, de l'aluminium par exemple. La figure 9 montre une exécution comprenant un élément de support 30, sur lequel est placée une fine couche 6 2478369 thermo-isolante 32, sous la couche de zone de coupure 31. De chaque c8té de la zone de coupure sont placées les couches ductrices 33 et 34 comme aux figures précédentes. Ces couches peuvent être composées de plusieurs couches et éventuellement, d'une couche de finition. En cas de courants forts, la couche 32 retardera la propagation du front calorifique vers le bas dans l'élément de support 30, gr9ce à quoi la chaleur dégagée dans la zone de coupure provoquera une fusion entraînant l'ou- verture du circuit électrique. La figure 10 montre une-exécution selon laquelle tous les effets techniques mentionnés sont exploités: le cou- pe-circuit est constitué par un élément de support 40, sur le- quel est placée une couche calorifuge 41 et, sur celle-ci, une matière relativement mauvaise conductrice de l'électricité 42, un alliage platine-argent par exemple, avec les trous de réduc- tion de la largeur 45. De chaque c8té de la zone de coupure sont placées les couches 43 et 46 constituées par une matière bonne conductrice, du cuivre par exemple. Afin de protéger ces éléments une couche de finition 44 est posée sur le dessus, elle peut être, par exemple, en aluminium ou en céramique. Dans toute la description qui précède, les expli- cations relatives à l'invention portent à croire que la matière ou les éléments de support sont toujours situés en dessous et la position des autres éléments est indiquée en fonction de cet emplacement. Ceci par souci de commodité, car il est évident que le résultat technique est totalement indépendant de l'ins- tallation du coupe-circuit dans la pièce. Il est bien entendu, que seule la mise en place des éléments les uns par rapport aux autres est déterminante en ce qui concerne le résultat tech- nique. - - ------Par matière résistante, on entendra, d'une part, une matière résistante en soi, dans les conditions d'exploita- tion en présence et, d'autre part, une matière en mesure de protéger la matière se trouvant en dessous. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Coupe-circuit électrique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément fusible entouré par un ma- tériau d'extinction d'arc, chaque élément fusible comportant un support isolé électriquement sur la surface duquel est pré- vueau moins une couche électriquement conductrice, la couche ou les couches électriquement conductrices étant recouvertes par une couche qui emp9che l'oxydation de la couche ou des couches conductrices aux températures normales d'utilisation du coupe-circuit. 2.- Coupe-circuit électrique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la ou les couches électriquement conductrices, sont disposées de façon à délimiter une région de coupure de section réduite transversalement à la direction de passage du courant. 3.- Coupe-circuit électrique selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que la ou les couches électriquement conductrices, comportent une première couche sur la surface du support et une seconde couche recouvrant essentiellement la première couche et divisée transversalement à la direction de passage du courant à travers l'élément fusible en au moins deux régions espacées l'une de l'autre. 4,- Coupe-circuit électrique selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que le matériau de la seconde couche a une conductibilité plus élevée que le matériau de la pre- mière couche. 5.- Coupe-circuit électrique seloh l'une quel- conque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la se- conde couche comporte une pluralité de sous-couches superposées. 6.- Coupe-circuit selon l'une quelconque des re- vendications 3 à 5, caractérisé en ce que des trous sont mé- nagés dans la première couche dans la région de coupure. 7.- Coupe-circuit selon l'une quelconque des re- vendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'une pièce d'un maté- riau de conductibilité thermique essentiellement plus basse que celle du support, est disposée entre le support et la région de rupture. 8.- Coupe-circuit selon l'une quelconque des re- vendications 2 à 7, caractérisé en ce que la couche de recou- vrement recouvre complètement la couche conductrice ou les couches conductrices y compris dans la région de coupure. 9.- Coupe-circuit selon l'une quelconque des re- vendications 2 à 7, caractérisé en ce que la couche de recou- vrement recouvre la couche ou les couches conductrices sauf dans la région de coupure. 10.- Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le support est en céramique. 11.- Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le support comporte une pluralité de couches de conductibilités thermiques diffé- rentes. 12.- Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la couche de re- couvrement est en aluminium ou en céramique.