Brevet FR2517467A1 — publié le 19830603

L'invention concerne une lamelle fusible pour des cartouches fusibles, dans laquelle le dégagement de chaleur pour une puissance nominale donnee est plus faible que dans le cas des types connus antérieurement, et dans laquelle on peut également obtenir,par rapport à ces der nieras, de meilleures conditions pour la transformation de 1 arc On va decrire ci-apres la présente invention en se référant à son utilisation pour des fusibles servant à la protection de moteurs; mais les avantages pouvant être ob -tenus grâce à la présente invention existent d'une manière générale et par conséquent également dans le cas de lu application des lamelles conformes à luinvention à dlau- tres types de fusibles. Le moyen de pro-tection classique de circuits à courant fort et à basse tension a été de tout temps le fusi- ble. Par rapport à d autres protections, ces fusibles sont extraordinairement bon marché et petits et cependant sont aptes à- couper des courants très intenses de court-circuit. Assurément ils l ,e peuvent être utilisés qu'une seule fois nais cet inconvénient est largement compensé par les avantaces mentionnes. Au départ les fusibles ne servaient qu a fournir une protection contre les courtncircuits étant donné que dans ce qu'on appelle la plage de surintensité, à savoir entre ia valeur nominale et le triple de cette valeur, leur comportement était peu sur et dans le cas de ce qu on appelle les intensives "critiques" du courant, il n'existait pas une fiabilité suffisante de l'interruption ou coupure. Depuis peu il est possible d'utiliser des fusibles, a savoir des fusibles présentant ce qu'oui appelle la caracté- ristique gI, également noni fournir une protection vis-avis de surintensités étant donné que pour ces dernières, il n'existe aucune place "critique" de courant. Pour assurer la protection de moteurs électriques et de nombreux autres appareils, il est en outre cependant également suffi sant de monter les fusibles pour fournir une protection dans le cas de court-circuits ,étant donné que dans ce cas la protection contre les surcharges est présente de toute façon d'une autre manière, grâce au contrôle de température; dans ce domaine on utilise les fusibles possédant ce qu'on appelle une caracteristique aM.La valeur de seuil pour la coupure est dans ce cas égale approximativement au quadrupie de l'intensité nominale du courant utile et ces types supportent les surcharges impulsionnelles dans la phase initiale, résistent mieux au vieillissement et présentent également de faibles pertes de chaleur. Une conversion complète aux fusibles possédant la caractéristique aM dans le cas de systèmes d'entraînement comportant des moteurs électriques serait d'une importance économique extraordinaire. On a déterminé par des calculs que par exemple une conversion complète en Hongrie pourrait permettre environ chaque année une économie d' énergie de 2.106 kwh, comparativement aux valeurs réelles actuelles de l'économie hongroise. Mais l'ensemble de cette économie serait supérieur étant donné qu'une réduction d'une telle ampleur de la consonmation en énergie électrique réduirait également de façon correspondante les besoins en investissements dans le domaine des centrales électriques.Une économie supplémentaire s'y trouve également associée: de meme dans le cas de moteurs à démarrage difficile, un moins grand nombre de fusibles fondraient et également la dépense supplémentaire provoquée par des phé nomènes de vieillissement serait réduite de façon correspondante. I1 est évident que dans de telles conditions, la conformation optimale des fusibles aM est d'une grande importance. La poursuite du developpement de ces fusibles va dans le sens d'une réduction cptimale des pertes apparaissant dans les cartouches fusibles. A cet effet on s' efforce de maintenir à une faible valeur la température de fonctionnement du conducteur de courant. I1 a déjà été proposé de faire subir un refroidissement forcé au conducteur pendant le fonctionnement et il a également été développé différentes solutions pour résoudre ce probleme. L'invention partdu fait connu que la quantité de chaleur apparaissant dans des conditions de fonctionnement dans la lamelle fusible peut être réduite sans qu'il soit nécessaire d'installer à cet effet un mécanisme supplémentaire d'évacuation de la chaleur si la géométrie des rétrécissements de la section transvnrsale,qui ont été réali sés de façon particulière pour influer sur la forme et la propagation de l'arc également dans le cas de lamelles fusibles connues,est harmonisée pour les conditions ou états de température optimum. Le conducteur de courant, qui doit être fondu dans la cartouche fusible, à savoir ce qu'on appelle le fil fusible, est habituellement réalisé en cuivre et est une lamelle ou une feuille dans le cas des types pouvant être amé liorés conformément à l'invention. Dans la présente description, on parlera à ce sujet en toutes lettres d'une lamelle fusible. La cartouche fusible possède habituellement un boîtier en matériau isolant hors duquel font saillie deux extrémités de contact en forme de couteaux, qui doivent être fixées par serrage dans des contacts à culot élastiques, disposés verticalement. La lamelle fusible est disposée à l'intérieur du boîtier entre ces extrémités de contact et est reliée de- façon conductrice par ses deux extrémités aux extrémités de contact. Les deux extrémités de la lamelle fusible sont identiques en soi, mais si la cartouche est déjà fixée par serrage dans les contacts à culot, les deux extrémités ne sont plus identiques entre elles du point de vue fonctionnel, l'une étant située en haut et l'autre en bas. Dans le cas d'une lamelle fusible dispoposée verticalement, le sens de déplacement du courant principal est également vertical et coïncide par conséquent avec la position de l'axe longitudinal de la lamelle fusible dans 11étant de fonctionnement. Lorsque la lamelle fusible est une bande conductrice homogène sans discontinuité, sa section transversale conduisant le courant, dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal, est égale au produit de l'épaisseur par la largeur de la bande dans ce plan. Mais dans le cas de cartouches fusibles modernes, la section transversale dans différents plans successifs sur l'axe longitudinal n'est pas constante et il existe des tronçons sans discontinuité, présentant une section transversale complète, et des tronçons dans lesquels la section transversale a été rétrécie par des évidements, c'est-à-dire à proprement parler des tronçons de section transversale rétrécie. Dans les tronçons prévus pour le rétrécissement de la section transversale,une partie du matériau conducteur constituant la lamelle est enlevée, ce qui est obtenu en partie par un découpage du bord de la bande et en partie par un poinçonnage dans la partie intérieure de cette der nière. Ces évidements peuvent être prévus selon une distribution quelconque.On peut par-exemple n'utiliser qu'un découpage marginal dans un plan et son environnement immédiat, n'utiliser que des perforations dans l'autre plan et l'on peut également réaliser des découpes le long de ce même plan ainsi que dans le bord, et également découper des trous dans l'intérieur de la bande-, et l'on peut également choisir différemment la forme du découpage ou des trous dans différents tronçons et conformer par conséquent des trajets locaux du courant de la manière souhaitée en vue de déterminer l'orientation du point de fusion et la direction de 1' arc. Ci-après-on va étudier de façon détaillée la conformation des évidements et à cet effet on va tout d' abord expliciter clairement la terminologie en se référant aux figures 1 et 2 annexées à la présente demande et qui mon trent deux formes de réalisation d'une lamelle fusible conforme à l'invention. La lamelle fusible possède une première extrémi- té ou extrémité supérieure Vf et une seconde extrémité ou extrémités inférieure Va, au niveau desquelles l'axe longitudinal Ht se termine. En première approximation on pourrait assurément permuter les deux extrémités Vf et Va étant donné qu'elles sont identiques du point de vue géométrique, mais si l'axe passant au centre de l-a lamelle fusible est perpendiculaire à l'axe longitudinal Ht, c'est-à-dire l'axe médiateur Sf n'est pas également un axe de symétrie; c'est-à-dire que la moitié supérieure et la moitié inférieure de la lamelle fusible ne sont pas identiques du point de vue geoFXtetrique, c'est-à-dire gueles évidements dans les deux moitiés sont différents, il faut alors déterminer de façon nette quelle extrémité est situe en haut et quelle extrémité est située en bas dans l'état de fonctionnement. C'est dans ce sens que l' on désigne l'cxtictmité supérieure Vf comme étant la premier re extrémité et l'extrémité inférieure Va comme étant la seconde extrémité.Les cfférents tronçons possédant une section rétrécie sont à proprement parler caractérisés par leur numéro conforme au sens: depuis l'extrémité su périeure Vf en direction du plar médiateur Sf, la numé- rotation pour la moitié supérieure augmente de façon con- tinue,tandis qu'à partir de l'extrémité inférieure Va en direction du plan médiateur Sf, les tronçons de la moi- tié inférieure sont différenciés par une numérotation croissante.Si par exemple on forme dans la lamelle fusible au total quatre tronçons de section rétrécie Kx et Kx' (x - 1 ou 2), on désigne alors de façon continue ces tronçons dans la moitié supérieur en partant de l'extrémité Vf en direction du plan médiateur Sf par premier tron çon K1 et second tronçon K2 et dans la seconde moitié, à partir de l'extrémité Va et en direction du plan média teur Sf, par premier tronçon K1' et second tronçon m2'. Si l'on forme un nombre impair de tronçons de section transversale rétrécie Kx et Kx' (x = 1,2,...), le tron çon médian possède le même numéro lorsque l'on compte les tronçons en direction de la moitié supérieure ou en direction de la moitié inférieure, c'est-à-dire lorsqu' on les considère à partir du haut ou à partir du bas. S'il existe par exemple cinq tronçons, on a sans interruption à partir du haut les tronçons K1, K2, K3, K2' et K1' et de façon correspondante à partir du bas K1', K2', K3', K2, K1. La longueur Lh du tronçon Kx de section transversale rétrécie est la distance existant entre les plans S1 et S2 dans lesquels sont situés les points marginaux Pf et Pa, les plus éloignés l'un de l'autre parallèlement à l'axe longitudinal, des évidements de ce tronçon Kx, où par consequent le bord du tronçon Ex de section transversale rétrécie contacte la partie voisine de la lamelle possédant une section transversale complète. A l'intérieur de ce tronçon Kx de section transversale rétrécie, la section transversale véhiculant le courant n'a pas à être également constante et peut être différente dans les différents plans qui sont situés entre les plans S1 et S2, ce qui est également le cas la plupart du temps. La densité de courant prendra sa valeur maximale dans le plan Si qui est parallèle awplans S1 et S2 , c'est-à-dire est perpendiculaire à l'axe longitudinal Ht - dans lequel le rétrécissement est maximum et par conséquent la section transversale conduisant le courant est minimale. On désigne à proprement parlér cette section transversale comme étant la section transversale Qi locale conductrice du courant. Elle est égale au produit de l'épaisseur de la lamelle Si par la largeur Di de la languette conductrice du courant subsistant entre les évidements, à savoir le pont de courant, ou à la sommé des largeurs dans le cas où plusieurs ponts de courant sont formes dans la plan Si, c'est-à-dire la largeur résultante Di. Souvent l'axe local ae symétrie ou la ligne barycentrique, c'est-à-dire pour résumer la ligne barycentrique Vs, du pzltde courant ne présente aucun elément parallèle à 1' axe longitudinal Ht, mais fait un angle aigu avec ce dernier. Dans ce cas la dimension du pont de courant, mesurée le long d'une droite perpendiculaire à la ligne barycentrique Vs, est considérée en tant que largeur Di. L'invention part du fait selon lequel les phénomènes d'échauffement peuvent être optimisés grâce au fait que, dans une lamelle fusible comportant au total 2n ou 2 n - 1 tronçons Kx ou Kx' possédant une section transversale rétrécie (1 Kn ou Kn' possédant le numéro le plus élevé, c'est-à-dire dans le plan médiateur -Sf ou le plus près de ce dernier où il faut assurément s'attendre à un échauffement maximum. Si l'on choisit de façon appropri le rapport des sections transversal Qi des différents tronçons Kxou Kx', on peut obtenir pour la lamelle fusible conforme à l'invention, des courbes caractéristiques temps-courant de pente particulièrement forte En soi la valeur des sections transversales Qi, qui augmente en direction du plan médiateur Sf, conduit déjà à des conditions de fonctionnement favorables, mais pas encore absolument à des conditions optimales.Dans le cas de courants de court-circuit extraordinairement intenses, et ce même dans le cas de lamelles fusibles satisfaisant en soi à cette prescription de rapport, il serait possible qu'il se produise tout d'abord la fusion des ponts de courant qui sont situés dans les tronçons K1 ou K1' les plus rapprochés des extrémités Vf, Va, et que pour cette raison, l'arc brule dans ces tronçons K1 et K1' pendant une durée plus importante que dans les tronçons les plus rapprochés duplan médiateur Sf, à savoir K2 et K2' dans l'exemple représenté.On peut mieux se rapprocher d'une égalisation du processus de fusion si suivant l'ordre de rangement en direction du plan médiateur Sf, non seulement la valeur des sections transversales Qi augmente de façon "monotone", mais également la valeur Lh des tronçons Kx et Kx' diminue de façoe"'mono- tone". La limitation apportée par le mot monotone, est mise entre guillemets étant donné qu'elle n'a un sens que dans le cas de lamelles fusibles comportant plus de quatre tronçons Kx et Kx'. Si ces tronçons ne sont qu'au nombre de trois, la relation indique simplement que la section transversale locale Qui, du tronçon médian, qui peut être désignée aussi bien par R2 que par K2', est supérieure et que sa longueur Lh est inférieure aux valeurs correspondantes dans les tronçons extérieurs K1 et K1'. Si ces tronçons sont au nombre de quatre, alors les tronçons intErieurs-K2 et K2' possèdent des sections transversales Qi supérieures et des longueurs Lh inférieures à celles des tronçons extérieurs K1 et K1'.Si les tronçons sont prévus en un nombre supérieur à quatre, 1' expression d'un accroissement "monotone" de la section transversale Qi et d'une diminution "monotone" de la longue Lh est valable en partant toujours de façon ordonnée depuis l'extrémité Vf ou Va en direction du plan médiateur Sf. I1 résulte de la dynamique du dispositif vertical que le milieu de refroidissement s'échauffant en montant, à savoir l'air, fournit une meilleure action de refroidissement dans la moitié inférieure de la lamelle. -C' est pourquoi de façon appropriée l'évidement pour les deux moitiés de la lamelle est réalisé avec une forme dissymétrique: les sections transversal Qi qui augmentent successivement en direction du plan médiateur Sf, seront avantageusement plus tendues dans les tronçons Kx de la moitié supérieure de la lamelle, que dans les tronçons Kx' de même numéro dans la moitié inférieure de la lamel- le, mais seront plus faibles que dans le tronçon immédiatement suivant K (x + 1)' de la moitié inférieure.Une lamelle fusible possédant une telle conformation dissymétrique doit être également montée de façon judicieuse et par conséquent les deux extrémités Vf et Va ne peuvent plus etre disposée suivant une direction quelconque; lune de ces extrémités Vf ou Va doit étire caractérisée et cSest toujours l'extrémité supérieure Vf qui doit être fixée par serrage dans le contact à culot supérieur et c'est tou- jours d'extrémité inférieure Va qui doit être fixée par serrage dans le contact à culot inférieur. Une géométrie particulière des évidements dans les lamelles fusIbles garantit le mécanisme d'action décrit précédenment. Il est avantageux du point de vue technologique que les évidements possèdent la forme de cavités cylindriques s'Interpénétrant (des cercles ,dans le plan). Sur la figure 1 il est visible que le contour de la découpe marginale représente l'interpénétration d'un demi cercle de diamètre le plus important dans un cercle de diamètre plus petit. Le -contour des trous réalisés par poinçonnage à l'intérieur de la lamelle représente 1' interpénétration de deux cercles possédant un petit diamètre et d'un cercle possédant un diamètre supérieur, les centres des petits cerclesencadrant de façon symétrique sur ses deux côtés le centre du cercle de diamètre plus important, sur une droite passant par le centre de ce cercle.On peut également former d'autres contours - en dehors des contours circulaires - s'interpénétrant avec le contour des évidements, et également les contours réguliers représentés sur la figure 2 sont appropriés. Cette.confor- mation est indiquée à proprement parler en référence aux évidements possédant un contour circulaire, mais ce qui a été indiqué est également valable pour des évidements possédant d'autres formes. La technologie moderne du découpage permet notamment le découpage des découpes marginales au cours d'une phase opératoire et des trous dans l'intérieur de la lamelle au cours de la phase opératoire suivante - ou bien au cours d'une phase opératoire à vide. On peut également réaliser le découpage de telle manière qu'au cours d'une phase opératoire on ne forme pas le contour résultaitrespec- tif de l'interpénétration, mais qu'on découpe avec des poinçons circulaires respectivement les différents cercles, qui doivent s'imbriquer les uns dans les autres. On découpe par exemple au cours d'une phase opératoire le cercle médian, représentée sur la figure 1, possédant le plus grand diamètre et au cours de la phase opératoire suivante, on élargit de façon correspondante le trou à l'aide de deux poinçons circulaires de plus petit diamètre, et on réalise par conséquent une découpe marginale sur les deux cotés. Avec ce qui a été indiqué, on n'a donné que des exemples avantageux de formation des évidements.L'application de telles méthodes technologiques connues en soi peut cependant être perfectionnés au sens de la présente invention - à savoir le fait de donner aux évidements une forme qui garantit une optimisation combinée du processus de fusion et du guidage optimal de l'arc ainsi que de la répartition de la chaleur - par le fait que l'avance de la bande à découper est réglée de manière que la dimension longitudinale de l'évidement soit adaptée aux variations d'épaisseur et qu'ainsi la section transversale réelle Qi et la longueur réelle Lh des ponts de courant se rapprochent de façon optimale de la valeur nominale nécessaire.Conformément à l'invention l'épaisseur locale de la bande à perforer se rapprochant de l'outil est mesurée en permanence de façon connue en soi, le résultat de la mesure est introduit dans une unité de traitement conçue de façon appropriée et le signal de sortie de cette unité de traitement commande un moteur paç-à-pas qui réalise par l'intermédiaire d'un mécanisme d'entraînement l'avance de la bande. Ainsi on peut adapter de façon précise l'avance au moyen d'une servocommande aux variations d'épaisseur de la bande à découper, qui se situent dans les limites de tolérance, ce qui a pour conséquence que les ponts de courant subsistant entre les évidesentsen résultantpossèdent la section transversale désirée Qi, c'est-à-dire que la section transversale des ponts de courant se rapproche le mieux possible de leur valeur nominale. REVENDICATIONS 1. Lamelle fusible pour cartouches fusibles destinées à être utilisées dans des conducteurs de courant, dont la direction principale du courant est parallèle à 1' axe longitudinal de la lamelle fusible dans laquelle sont formés plus de deux tronçons de section transversale rétrécie, caractérisée en ce que dans les tronçons de section transversale rétrécie (Kx ou Kx', avec 1 2. Lamelle fusible selon la revendication 1, caractérisée en ce que la valeur de la longueur (Lh) du tronçon (Kx, Kx') de section transversale rétrécie diminue de fa çon monotone dans le même ordre. 3. Lamelle fusible selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la valeur de la section transversale conductrice du courant (Qi) dans un tronçon respectif (Kx) de la moitié supérieure de la lamelle est plus élevée que dans le tronçon (Kx') de même numéro de la moitié inférieure de la lamelle et est plus faible que dans le tronçon immédiatement suivant /K(x + 1)'/ de la moitié inférieure de la lamelle. 4. Lamelle fusible selon les revendications 1 à 3 prises dans leur ensemble, caractérisée en ce que le rétrécissement effectif de la section transversale est formé par des évidements dans la matière, dont le contour est formé par l'interpénétration d'espaces vides cylindriques. 5. Cartouche fusible comportant une lamelle fusible selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, destinée à être utilisée en position verticale et dans laquelle plus de deux tronçons de section transversale ré trécie sont formés entre l'extrémité supérieure et l'ex tremité inférieure, caractérisée en ce que la valeur de la section transversale conductrice du courant (Qi) dans le tronçon respectif de section transversale rétrécie de la moitié supérieure (Kx) de la lamelle est plus importante que dans le tronçon (Kx! de la moitié inférieure de la lamelle, quipossede le même numéro d'ordre calculé depuis l'extrémité supérieure ou l'extrémité inférieure (Vf, Va) de la lamelle fusible en direction du plan médiateur (su), et est plus faible que dans le tronçon immédiatement suivant K(x+i) ' de la moitié inférieure de la lamelle. 6. Procédé pour fabriquer des lamelles fusibles selon les revendications 1 à 4 prises dans leur ensemble, moyennant le découpage d'évidements de telle manière que les évidements des tronçons voisins de section transversale rétrécie sont découpés au cours de phases opératoires successives séparées les unes des autres par des phases à vide et que de façon appropriée chaque évidement forme en tant qu'interpénétration de contours réguliers est réalisé de telle manière que des trous partiels de contour régulier sont découpés successivement au cours de phases opératoires immédiatement suivantes ou bien au cours de phases opératoires séparées les unes des autres par des phases opératoires à vide, caractérisé en ce que l'épais- seur locale de la partie de la bande à découper se rapprochant de l'outil est mesuri enpermanence et que l'avance de la bande à découper est réalisée de façon automatique conformément aux valeurs déterminées à partir de ces données de mesure dans une unité de traitement.