Brevet FR2537774A1 — publié le 19840615

La présente invention concerne des perfectionnements aux dispo- sitifs de protection de circuits électriques et, plus particulière- ment, un perfectionnement aux fusibles électriques. Suivant la présente invention, il est prévu un élément de fusible comportant un moyen électriquement conducteur à deux dériva- tions avec une première et une seconde bornes disposées aux extrémi- tés opposées pour connecter le moyen électriquement conducteur à deux dérivations dans un circuit électrique, le moyen électriquement con- ducteur à deux dérivations comportant entre la première et la seconde borne, au moins une première et au moins une seconde zones de faiblesse en matériau fusible, avec au moins des parties de la première et de la seconde zones de faiblesse disposées pratiquement parallèles entre elles Les première et seconde zones de faiblesse sont disposées de telle façon que la direction du courant, entre la première borne et la seconde borne, dans la portion parallèle de la première zone de faiblesse est opposée à la direction du courant dans la portion parallèle de la seconde zone de faiblesse, -une force magnétique de répulsion étant ainsi engendrée entre la première zone de faiblesse et la seconde, de façon à allonger les arcs formés dans les zones de faiblesse par une surintensité du courant qui les traverse. Les éléments fusibles de nombreux fusibles électriques com- portent au moins une partie avec une section transversale réduite connue sous le nom de zone de faiblesse ou partie fusible La plus grande partie de la résistance de l'élément est concentrée dans la zone de faiblesse De ce fait, la chaleur dégagée dans les cas de surintensité est très grande et très rapide dans cette partie de l'élément fusible Cette chaleur produite rapidement occasionne, en cas de surintensité, la fusion de la zone de faiblesse Comme le matériau fond dans la zone de faiblesse, il se forme un arc élec- trique Cet arc continue à conduire le courant. Le recours à un champ magnétique pour accélérer l'extinction d'un arc électrique est connu dans l'état de la technique L'extinc- tion se produit car, comme l'arc continue à conduire le courant électrique, il réagit avec le champ magnétique qui produit une force sur l'arc, le faisant se déplacer en augmentant ainsi rapidement sa longueur La longueur de l'arc augmentant, la tension de l'arc monte rapidement jusqu'à ce qu'elle dépasse la tension du système Au moment o la tension de l'arc dépasse la tension du système, le courant dans l'arc commence à diminuer C'est seulement quand le courant de l'arc devient nul que l'arc est réellement éteint Ainsi on peut voir qu'un champ magnétique qui provoque une augmentation rapide de la longueur de l'arc peut rapidement ramener le courant de l'arc à zéro et par là même éteindre l'arc en un temps beaucoup plus court. On a déjà proposé des fusibles qui utilisent les champs magnéti- ques d'une manière ou d'une autre pour favoriser la coupure Parmi ceux-ci, par exemple, le fusible du brevet US-A-2 734 110 qui utilise un champ magnétique concentré près de la zone de faiblesse pour faire en sorte que l'arc résultant de la fusion de la zone de faiblesse soit déplacé à l'extérieur, à travers un ensemble d'orifices Le brevet US-A-l 441 550 décrit l'utilisation d'un élément de fusible i 5 ayant deux zones de faiblesse, ou plus, disposées en série de telle façon que le champ électrique créé par le courant dans le fusible pendant la coupure provoque le déplacement latéral de la portion du fusible qui se trouve entre les zones de faiblesse Le brevet US-A-3 275 771 décrit l'utilisation d'éléments de fusible parallèles séparés par un matériau isolant libérant du gaz Les courants dans chacun des deux éléments sont parallèles et ont le même sens, de façon que les forces électromagnétiques entre les arcs parallèles formés par la fusion des zones de faiblesse provoque l'attirance des arcs dans le matériau isolant émettant du gaz pour éteindre les arcs Le brevet US-A-4 063 297 décrit l'utilisation d'un élément dé ressort tendu en coordination avec un intervalle *en corne dans lequel des forces magnétiques sont utilisées pour contribuer à l'extinction de l'arc. Le brevet US-A-659 671 décrit l'utilisation d'un électro-aimant en combinaison avec un élément de fusible et une paire de bouts formant arc pour contribuer à éteindre l'arc Le brevet US-A-685 766 décrit l'utilisation d'un électro-aimant en série avec l'élément de fusible pour contribuer à l'extinction de l'arc. Alors que les fusibles décrits dans les brevets antérieurs men- tionnés -ci-dessus utilisent tous la force magnétique d'une manière ou d'une autre pour éteindre l'arc créé à la coupure du fusible, beaucoup requièrent des champs magnétiques extérieurs pour faire tomber une ou plusieurs sections de la structure du fusible par gravité ou au moyen d'un ressort ou d'une autre force addditionnelle, compliquant et rendant plus chère la structure du fusible. En bref, le dispositif fusible de la présente invention présen- te une nouvelle structure dans laquelle une ou plusieurs parties de l'élément du fusible sont pourvus de deux zones de faiblesse conti- g Ues et parallèles, disposées de telle façon que la direction du courant dans une des zones de faiblesse soit opposée à la direction du courant dans l'autre zone de faiblesse contigue Les deux zones de faiblesse parallèles sont séparées par un matériau diélectrique ou une lame d'air Les directions opposées du courant dans les deux zones de faiblesse parallèles créent un champ magnétique qui produit une force de séparation entre les deux zones de faiblesse Les arcs résultant de la fusion des zones de faiblesse à cause d'une surinten- sité sont poussés latéralement par le champ magnétique créé Ceci augmente les longueurs de passage d'arc qui augmentent la tension de l'arc, amenant le courant de l'arc à zéro et éteignant ainsi l'arc. L'invention fournit donc un moyen perfectionné d'extinction électroma- gnétique d'un arc. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ain- si que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la des- cription suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig la est une vue de côté d'un exemple de réalisation préféré d'élément de fusible selon l'invention, la Fig lb est une vue en perspective éclatée de l'élément de fusible de la Fig la, la Fig 2 est une vue de côté d'une pièce semi-ouvrée utilisée dans la réalisation de l'élément de fusible de la Fig la, La Fig 3 est une vue en perspective éclatée de-l'élément de fusible de la Fig la, le passage du courant étant représenté schématiquement, la Fig 4 a est une vue de côté d'une pièce semi-ouvrée utilisée dans la réalisation d'une première variante de l'élément fusible, la Fig 4 b est une vue de c 8 té de l'élément fusible selon la première variante, obtenu à partir de la pièce semi-ouvrée de la Fig. 4 a, et la Fig 5 est une vue de c 8 té d'un élément fusible selon une seconde variante. En se référant maintenant aux dessins et particulièrement aux Figs la et lb illustrant un exemple de réalisation préféré 4 2537774 1 d'élément fusible, des lames de fusible ou sous-éléments 10 et 16 sont obtenus chacun individuellement à partir de lames en matériau fusible comportant deux encoches 54 et 56, de forme générale en V, découpées dans les bords opposés 58 et 59, respectivement, pour former des zones de faiblesse respectives 12 et 18 Les parties de grande largeur 50 et 52 des lames de fusible 10 et 16 sont respective- ment reliées l'une à l'autre par les zones de faiblesse 12 et 18 qui sont disposées contiglles, parallèles et séparées l'une de l'autre par un isolant fin 14 En variante, au lieu de l'isolant 14, les surfaces intérieures 66 et 68 d'une ou des deux zones de faiblesse 12 et 18 peuvent être recouvertes d'un revêtement diélectrique 70 ou être séparées par une lame d'air. Les lames de fusible 10 et 16, qui sont reliées, sont pourvues de bornes 6 et 8 pour permettre leur montage dans un porte-fusible (non montré) Les procédés de montage des lames 10 et 16 dans une enceinte de porte-fusible sont bien connus dans l'état de la techni- que Par exemple, les bornes 6 et 8 peuvent être soudées sur une tête métallique en forme de virole En variante, des trous peuvent être prévus dans les lames 10 et 16, aux bornes 6 et 8, pour un montage par vis. On comprendra mieux l'action d'extinction rapide de l'arc, suivant la présente invention en se référant à la Fig 3 Les résistances des lames 10 et 16 sont sensiblement égales Par consé- quent, le courant I du circuit protégé se partage en deux courants d'intensités sensiblement égales dans les lames 10 -et 16, comme le montrent les lignes de courant symboliques 24 et 26 Comme on le voit, la direction du courant 26 dans la zone de faiblesse transver- sale 12 est opposée à la direction du courant 24 dans la zone de faiblesse transversale 18 On sait que la force de répulsion magné- tique entre deux conducteurs dans lequels passent des courants de directions opposées est égale à: Ku I I -12 r o u est le coefficient de perméabilité magnétique du milieu am- biant, IT est l'intensité dans le premier conducteur, 2537774 i I 2 est l'intensité dans le second conducteur, L est la longueur o les conducteurs sont parallèles, r est la distance entre les parties parallèles des conducteurs, et K est une constante. Ainsi, dans l'élément de fusible 4, illustré à la Fig 3, la force agissant sur les arcs formés aux endroits des zones de faibles- se fondues 12 et 18 est directement proportionnelle au produit des surintensités dans chaque zone de faiblesse 12 et 18 et inversement proportionnelle à leur écartement Dans les cas de surintensité peu importante, la force d'allongement de l'arc est relativement petite, mais le courant maintenant l'arc est également peu important, et une petite force d'allongement de l'arc est suffisante Dans les cas-de surintensité importante, la force repoussant latéralement les arcs est relativement importante, elle fait grandir rapidement la longueur de l'arc et, par conséquent, la tension de l'arc pour contribuer à amener rapidement le courant de l'arc à zéro, en éteignant ainsi l'arc Dans des conditions idéales, il faut que l'isolant 4 ait une valeur de perméabilité magnétique aussi grande que possible pour augmenter la force magnétique et, de plus, il faut qu'il soit aussi fin que possible en fonction du niveau de potentiel du circuit pour réduire l'écartement. La forme de l'élément de fusible de la présente invention est caractérisée par sa structure à deux dérivations, c'est à dire par des chemins dérivés, et par sa structure à deux faces en ce que les deux lames 10 et 16 sont disposées de façon dissemblable, c'est-à- dire que les lames reliées présentent des faces différentes, même si leur forme de base est la même Ainsi, le principe de base de la présente invention consiste à utiliser des moyens à deux faces pour obtenir des courants parallèles et de sens opposés dans un élément de fusible à deux dérivations. La Fig 2 montre une variante de réalisation de l'élément de fusible de la présente invention Une pièce semi-ouvrée ou lame 20 en matériau fusible comporte deux zones de faiblesse, transversales et séparées, 12 et 18, obtenues au moyen de découpes en forme générale de V 60 'et-62 sur les bords opposés 72 et 74 de la lame 20 et d'une double ouverture 64 en forme de deux V opposés le long d'une ligne médiane 22 En pliant la lame 20 selon la ligne médiane 22, on obtient l'élément de fusible 4 de la Fig la En variante, à la place de l'isolant 14, les surfaces internes 66 et 68 des zones de faiblesse 12 et 18 sont recouvertes d'un revêtement diélectrique 70. En variante, un élément de fusible 46 de la présente invention est montré aux Figs 4 a et 4 b La Fig 4 a montre une pièce semi- ouvrée préférée 28 pour le fusible des Figs 4 a et 4 b La pièce semi-ouvrée ou double lame 28 comporte deux zones de faiblesse 24 et 32, en forme générale de U, obtenues au moyen des découpes et ouvertures 110, 112, 114 En pliant la lame 28 selon la ligne centrale 30 et en disposant un isolant 34 entre les zones de faiblesse 24 et 32, on obtient l'élément de fusible de la Fig 4 b. Dans l'élément de fusible 46, les deux parties 80 et 82 des zones de faiblesse en forme de U 24 et 32 fournissent respectivement des passages parallèles et de sens opposés pour le courant En variante, l'élément de fusible à deux faces illustré à la Fig 4 b peut aussi être réalisé à partir de deux lames séparées comportant chacune une zone de faiblesse en forme de U, les lames étant reliées ensemble comme on l'a décrit plus haut à propos de l'exemple de réalisation de la Fig la. Encore en variante, un élément de fusible 36 selon la présente invention est illustré à la Fig 5 L'élément de fusible 36 comprend des zones de faiblesse 40 et 42 en forme générale de Se séparées par un isolant 38 Les trois parties longitudinales 90, 92 des zones de faiblesse 40 et 42 produisent des directions de courant contig Ues, parallèles et opposées La réalisation de l'élément de fusible 36 peut être obtenue avec l'une ou l'autre des deux méthodes générales de réalisation décrites plus haut pour l'exemple de réalisation préféré de la Fig la. Pour la protection des circuits à haute tension, on utilise un élément de fusible comprenant une pluralité de zones de faiblesse du type de celles décrites-ci-dessus Les jeux de zones de faiblesse peu- vent être également disposés en série le long de l'élément de fusible. Il est bien entendu que les diverses forme de fusibles à extinc- tion magnétique rapide de l'arc décrites ici constituent des exemples de réalisation préférés et que des modifications de ceux-ci sont dans le domaine et l'esprit de l'invention décrite et revendiquée. 2537774 1 REVENDICATIONS 1) Elément de fusible comportant un moyen électriquement conduc- teur à deux dérivations ( 10, 16, 28) avec une première et une seconde bornes ( 6, 8) disposées aux extrémités opposées pour connecter le moyen électriquement conducteur à deux dérivations dans un circuit électrique, le moyen électriquement conducteur à deux dérivations comportant entre la première et la seconde borne, au moins une première ( 12, 24, 42) et au moins une seconde ( 18, 32, 40) zones de faiblesse en matériau fusible, avec au moins des parties de la première et de la seconde zones de faiblesse disposées pratiquement parallèles entre elles, caractérisé en ce que les première et seconde zones de faiblesse sont disposées de telle façon que la direction du courant, entre la première borne et la seconde borne, dans la portion parallèle ( 12, 82, 92) de la première zone de faiblesse est opposée à la direction du courant dans la portion parallèle ( 18, 82, 90) de la seconde zone de faiblesse, une force magnétique de répulsion étant ainsi engendrée entre la première zone de faiblesse et la seconde, de façon à allonger les arcs formés dans les zones de faiblesse par une surintensité du courant qui les traverse. 2) Elément de fusible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte encore un moyen électriquement isolant ( 14, 34, 38, 66, 68) disposé entre la première et la seconde zone Sde faiblesse. 3) Elément de fusible selon la revendication 1 ou 2, caractéri- sé en ce que le moyen électriquement conducteur à deux dérivations comporte une première et une seconde lames en matériau fusible, la première zone de faiblesse faisant partie de la première lame et la seconde zone de faiblesse faisant partie dé la seconde lame. 4) Elément de fusible selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première ( 24) et la seconde ( 32) zones de faiblesse ont une forme générale en U. 5) Elément de fusible selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première ( 42) et la seconde ( 40) zones de faiblesse ont une forme générale-en S. 6) Elément de fusible selon une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit moyen isolant est constitué par un isolant mince ( 14, 34, 38). 7) Elément de fusible selon une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit moyen isolant est constitué par une' lame d'air.