Brevet FR2583917A1 — publié le 19861226

Ensemble modulaire à cartouche à coupe-circuit à expulsion dirigée sous huile. La présente invention concerne des coupe-circuits, et plus particulièrement un ensemble modulaire à cartouche à coupe-circuit à expulsion dirigée sous huile. Les coupe-circuits à expulsion sous huile sont généralement utilisés dans des systèmes haute tension pour protéger des dispositifs électriques visà-vis de courants défectueux. Le coupe-circuit à expulsion dirigée peut être utilisé en lui-même ou en tandem avec des fusibles limiteurs de courant de maintien du fait qu'il peut être utilisé pour interrompre le courant dans des conditions de faible défaut et sans fonctionnement du fusible limiteur plus coGteux. Les cartouches à coupe-circuit à expulsion dirigée de l'état de l'art sont typiquement fabriquées en assemblant deux contacts d'extrémité en laiton de manière que leurs lèvres annulaires en saillie entourent les extrémités opposées d'un manchon en nylon moulé, en enroulant une couche de renforcement en époxy et filaments de verre sur le manchon en nylon et les lèvres en saillie, puis en recouvrant la couche d'époxy d'un matériau d'extinction d'arc tel que du polyester, jusqu'à ce que la surface extérieure du polyester soit au ras de la surface extérieure des contacts d'extrémité en laiton. Un problème posé par un tel ensemble est que l'interface entre le manchon en nylon moulé et la couche d'époxy et de verre peut constituer une région dans laquelle la liaison entre ces deux matériaux est insuffisante. Si la liaison n'est pas correcte ou si le manchon moulé se contracte et se détache de la couche de verre, la région de l'interface peut produire un site pour une décharge en effet de couronne et un claquage possible entre les contacts d'extrémité. Un autre problème posé par un tel ensemble est que lorsque la cartouche est inséré ou retirée d'un dispositif de support, les contacts de ce dernier sont tîrés entre les contacts d'extrémité de la cartoucche et déposent de petites particules de métal et/ou de carbone sur la couche de polyester -du logement. Cette accumulation de particules peut provoquer la formation d'un arc et un claquage possible entre les contacts d'extrémité pendant le fonctionnement, la chaleur résultant de l'arc brilant ou carbonisant le logement et réduisant ainsi l'efficacité diélectrique du dispositif. L'invention concerne un ensemble à cartouche à fusible à expulsion sous huile de type modulaire, dont les parties individuelles sont assemblées les unes aux autres et forment un dispositif d'interruption capable de déterminer une isolation électrique après son fonctionnement. Le dispositif comprend une cartouche comportant un logement tubulaire en un matériau électriquement non conducteur présentant un alésage qui le traverse longitudinalement, un organe de contact électriquement conducteur monté de façon amovible à chaque extrémité du logement, et un ensemble à coupe-circuit remplaçable reçu à l'intérieur de l'alésage du logement. L'ensemble à coupe-cirsuit comprend un tube de support de fusible et élément fusible supporté à l'intérieur du tube et relié électriquement à chacun de ses contacts d'extrémité. Les contacts d'extrémité sont montés de façon amovible par vissage à chaque extrémité du logement et présentent un diamètre supérieur au diamètre du logement. Des moyens à rampe s'étendant entre le logement et les contacts d'extrémité empêchent les contacts d'un ensemble de support de venir en engagement avec le logement de la cartouche quand on insère ou retire la cartouche du support. Ceci évite la possibilité de dépSt de particules de métal ou de carbone sur la surface extérieure du logement et évite ainsi la formation d'un arc ou le claquage le long de cette surface. Ceci empêche également la chaleur développée par l'arc de brûler et de carboniser la surface extérieure de la cartouche à fusible. De préférence, les moyens à rampe sont d'un seul tenant avec les contacts d'extrémité qui présentent des extrémités coniques dont l'inclinaison est comprise entre environ 20 et 45 . Les extrémités coniques facilitent l'insertion et le retrait du dispositif en dégagent du chemin les contacts du support chargés par des ressorts pendant l'insertion et le retrait. Les contacts d'extrémité sont situés sur la surface extérieure du logement du dispositif, à distance de la région de fonctionnement de l'ensemble o se forme l'arc. Ceci détermine une distance d'amorçage d'arc possible maximale entre les contacts d'extrémité du fait que ces derniers ne comprennent pas de lèvres annulaires en saillie communiquant avec un interface entre le manchon et la couche d'époxy. Le dispositif est ainsi conçu pour déterminer une distance d'amorçage d'arc maximale entre les contacts d'extrémité pour obtenir une résistance diélectrique supérieure qui permet une capacité d'interruption plus élevée par comparaison avec d'autres dispositifs de l'art antérieur. Pour atteindre ce résultat, chaque contacts d'extrémité comprend un corps cylindrique en un matériau électriquement conducteur comportant une ouverture longitudinale qui le traverse et présentant une première partie avec un filetage interne pour s'engager par vissage sur un filetage externe de l'extrémité du logement de la cartouche, une seconde partie de diamètre réduit qui vient en engagement avec la connexion électrique de l'élément fusible, et une troisième partie ayant un diamètre supérieur à la seconde partie. Les première et seconde parties définissent entre elles une surface de butée qui vient en engagement avec l'extrémité du logement quand le contacts d'extrémité est vissé sur lui et définit la distance d'amorçage d'arc entre les contacts d'extrémité. Selon un autre aspect de l'invention, l'une au moins des connexions électriques de l'élément fusible comprend un ensemble de doigts déformables mobiles entre une première position dans laquelle les doigts s'étendent sensiblement coaxialement à partir du tube de support du fusible de manière que l'ensemble à coupe-circuit puisse être reçu par glissement dans l'alésage du logement, et une seconde position déformée s'étendant dans une direction transversale à l'axe du tube de support du fusible, dans laquelle les doigts sont en contact électrique avec un contact d'extrémité. Des moyens de serrage qui peuvent être reçus dans la troisième partie de l'ouverture du contact d'extrémité déplacent les doigts de leur première position vers leur seconde position. De préférence, ces moyens de serrage comprennent un écrou de serrage pouvant être vissé dans la troisième partie de l'ouverture et comportent une extrémité interne de forme conique de façon que lorsque l'écrou est tourné dans la troisième partie l'extrémité interne en forme de cône s'engage entre les doigts et les écarte pour les amener en engagement avec le contact d'extrémité. La présente invention procure ainsi une cartouche à coupe-circuit à expulsion dirigée modulaire qui permet un montage et un démontage faciles. Cette conception élimine également la formation possible d'un arc le long de la surface extérieure du logement de la cartouche et détermine une distance possible maximale de formation d'arc entre les contacts d'extrémité. L'invention va maintenant être décrite plus en détail avec référence aux dessins annexes qui représentent le meilleur mode de réalisation actuellement envisagé pour mettre en oeuvre l'invention. Sur les dessins: la figure 1 est une vue en élévation latérale avec arrachement partiel montrant un support comportant un coupe-circuit à expulsion dirigée selon les principes de la présente invention, la figure 2 est une vue latérale en coupe et en élévation montrant un coupe-circuit à expulsion dirigée selon les principes de la présente invention, la figure 3 est une vue en coupe dans le plan de la ligue 3-3 de la figure 2, la figure 4 est une vue détaillée représentant un écrou de serrage déformant les doigts d'une connexion électrique destinée à l'élément fusible. Un fusible ou coupe-circuit à expulsion dirigée 10 peut être utilisé seul ou en tandem avec un fusible limiteur de courant 11, comne illustré aux figures 1 et 2. Dans ce dernier cas, les fusibles 10 et 11 sont montés chacun sur une armature de support 12 pour conserver leur position nécessaire à un fonctionnement correct. Comme montré à la figure 1, les fusibles combinés 10 et 11 ainsi que l'armature de montage 12 sont généralement installés dans une enceinte 13 remplie d'un fluide isolant 14 tel que de l'huile pour isoler et refroidir l'appareil électrique enfermé. En variante à l'armature 12, les fusibles 10 et 11l peuvent être maintenus par une armature du type à balonnette (non montrée) de constitution habituelle. Le coupe-circuit à expulsion dirigée 10 comprend deux contacts 15 2 583917 et 16 fixés par vissage aux extrémités opposées d'un logement tubulaire isolant 17. Chaque contact d'extrémité 15 et 16 comprend un corps cylindrique dont le diamètre extérieur est supérieur au diamètre extérieur du logement 17. Les contacts d'extrémité 15 et 16 sont de préférence composés en laiton et comprennent une surface extérieure lisse qui sert de surface de glissement sur laquelle les contacts externes du coupe-circuit peuvent glisser. Contrairement aux contacts d'extrémité 15, 16, le logement 17 est constitué en un matériau isolant présentant une résistance aux chocs suffisante pour résister aux forces développées pendant un processus de fusion. Le logement 17 comprend un corps tubulaire extérieur 40 entourant un manchon tubulaire interne 41. Le matériau utilisé pour le corps 40 est de préférence un composé en matière plastique moulable tel qu'un polyester chargé de verre ou un époxy chargé de verre. Le manchon 41 est constitué en une résine synthétique contenant du fluor telle que du "Teflon", et comprend un alésage 20 qui le traverse longitudinalement, pour recevoir un ensemble à coupe-circuit remplaçable qui va être décrit dans ce qui suit. Comme montré à la figure 2, l'alésage 20 et les ouvertures centrales des contacts d'extrémité 15 et 16 sont en alignement axial quand le coupe-circuit 10 est assemblé. Comme montré à la figure 2, l'ensemble tubulaire du coupe-circuit comprend une connexion filetée entre les contacts d'extrémité 15, 16 et le logement 17. Par commodité, on ne décrira ici que la structure du contact d'extrémité 15 et sa connexion avec le corps 40 du logement 17, étant entendu que la structure du contact d'extrémité 16 est identique, les éléments correspondants étant désignés par des références numériques correspondantes munies de l'indice prime. Le contact d'extrémité 15 comprend une ouverture centrale 18 avec une première partie 21 munie un filetage interne 22 constitué dans le contact d'extrémité 15 pour s'engager par vissage sur le filetage externe 23 constitué sur l'extrémité du corps 40 du logement 17. L'ouverture 18 comprend en outre une seconde partie 24 de diamètre réduit qui est inférieur au diamètre de la partie 21. La première partie 21 et la seconde partie 24 définissent entre elles une surface de butée annulaire 25 s'étendant en direction radiale, qui est en engagement avec l'extrémité du logement 17 quand le contact d'extrémité 15 est vissé sur lui de manière que ce contact 15 puisse être fermement serré sur l'extrémité du logement 17. La surface interne de la partie 24 est lisse et son diamètre est dimensionné de manière à recevoir avec précision l'ensemble à coupe-circuit remplaçable qui sera décrit ci-après. L'ouverture 18 du contact d'extrémité 15 comprend également une troisième partie 26 de diamètre plus important que celui de la seconde partie 24. La troisième partie 26 comprend un filetage interne 27 constitué dans le contact d'extrémité 15 pour se visser sur le filetage externe 28 de l'extrémité d'un écrou de serrage 29, dont la fonction sera décrite plus loin. Une surface annulaire conique 30 s'étend en divergeant à partir de la seconde partie 24 en direction de la troisième partie 26. La surface 30 forme un angle qui correspond sensiblement à l'angle des viroles de contact de l'ensemble à coupe- circuit remplaçable de manière qu'un contact électrique adéquat soit formé entre le contact d'extrémité 15 et l'ensemble à coupe-circuit. L'écrou de serrage 29 comprend un premier alésage 31 qui le traverse longitudinalement et qui est coaxial aux ouvertures 18, 19 et à l'alésage 20 lorsque l'écrou 29 est assemblé ou vissé sur le contact d'extrémité 15. L'écrou 29 comprend également un second alésage 32 s'étendant transversalement à l'alésage 31, à son extrémité extérieure. Les alésages 31 et 32 communiquent avec la surface extérieure de l'écrou 29 pour permettre au processus de fusion de se dérouler d'une manière habituelle. L'écrou 29 comprend également une extrémité interne de forme conique 33 dont la fonction sera décrite ci-après. En se référant aux figures 2 et 3, un ensemble à coupe-circuit remplaçable est disposé dans l'alésage 20 du manchon 41 du logement 17. L'ensemble à coupe-circuit comprend un élément fusible à expulsion dirigée 34 qui commence à fondre en fonction d'une caractéristique de fusion prédéterminée. L'élément 34 est installé dans un tube de support ou de revêtement de fusible 35 qui est constitué en un matériau isolant tel qu'une résine synthétique contenant du fluor, telle que du "Teflon", une fibre cornée ou tout autre matériau ablatif d'arc 8 3 9 1 7 présentant à la fois de bonnes caractéristiques diélectriques et d'interruption. Les viroles de contact 36, 37 de l'élément fusible sont installées sur les extrémités du tube 35 pour relier l'élément fusible 34 aux contacts d'extrémité 15, 16 respectivement. L'élément fusible 34 est connecté électriquement aux viroles de contact 36, 37, habituellement par un joint soudé. Le tube 35 du fusible remplit diverses fonctions. Tout d'abord, il maintient et protège l'élément fusible 34 vis-à-vis de dégâts provoqués par des manipulations. En second lieu, il constitue un alésage isolant non conducteur qui évacue le gaz extincteur d'arc pendant le processus de fusion. Le tube 35 absorbe une grande partie de l'onde de choc et de la pression produites quand l'élément fusible 34 explose et se consume pendant la fusion, et transmet une force plus uniforme au manchon 41 et au corps 40 du logement 17. Une fonction majeure du tube à fusible 35 est d'admettre, retenir et contenir certaines produits à haute énergie provenant de la fusion de l'élément fusible 34. Ces produits consistent en fragments d'élément fusible fondu, en solides et en gaz provoqués par la vaporisation de l'élément fusible 34 et de l'huile isolante 14 dans l'alésage du tube à fusible. Comme montré à la figure 2, la virole de contact 36 comprend une partie tubulaire montée dans le tube de support 35 auquel l'élément fusible 34 est soudé et une extrémité extérieure en forme de cône s'étendant de l'extrémité du tube 35. L'angle de la partie de forme conique de la virole 36 est sensiblement identique à l'angle de la surface conique 30 de façon que l'extrémité filetée 38 du fusible limiteur de courant 11 oblige la virole 36 à buter contre la surface conique 30' pour établir un contact électrique adéquat entre elles. Contrairement à la virole 36, la figure 4 monte que la virole 37, bien que comprenant une partie cylindrique fixée à l'intérieur du tube de support 35, comprend un ensemble de doigts déformables 39 s'étendant à partir du tube 35 au lieu de la partie en forme de c8ne solide de la virole 36. Comme montré, il existe six doigts 39 s'étendant à partir du tube 35. Cependant, il est clair que l'on pourrait utiliser un nombre quelconque de doigts 39 dans la mesure o un contact électrique adéquat est réalisé entre la virole 37 et le contact d'extrémité 15. Les doigts sont mobiles entre une première position, montrée à la figure 4, o ils s'étendent sensiblement coaxialement à partir du tube 35 de manière que ce tube 35 puisse être reçu par glissement dans l'alésage 20 du logement 17, et une seconde position déformée montrée à la figure 2, s'étendant dans une direction transversale à l'axe du tube 35, dans laquelle les doigts 39 sont en contact électrique avec le contact d'extrémité 15. L'écrou de serrage 29 agit en tant que moyen de serrage pouvant être reçu à l'intérieur d'une troisième partie 26 de l'ouverture 18 pour déplacer les doigts 39 depuis leur première position vers leur seconde position. Plus spécifiquement, l'extrémité interne en forme de cône 33 de l'écrou 29 converge vers un point dont le diamètre est inférieur au diamètre des extrémités extérieures des doigts 39 de manière que lorsque l'écrou 29 est tourné dans la troisième partie 26 l'extrémité interne en forme de cône 33 s'engage entre les doigts 39 et les écarte pour les amener en engagement avec la surface conique 30 et le contact d'extrémité 15. La cartouche à coupe-circuit à expulsion dirigée modulaire à vissage qui a été illustrée et décrite est prévue pour faciliter son assemblage et son démontage. Pour monter la cartouche, on visse le contact d'extrémité 16 sur l'extrémité du logement 17 et ensuite on insère par glissement l'e semble à élément fusible dans l'alésage 20 du logement 17, les doigts 39 de la virole 37 étant à l'extrémité avant, jusqu'à ce que la virole 36 viennent en engagement avec la surface conique 30 du contact d'extrémité 16. Le contact d'extrémité 15 est alors vissé à l'opposé du logement 17 et l'écrou de serrage 29 est alors serré dans la troisième partie 26 de ce dernier, jusqu'à ce que que son extrémité interne de forme conique 33 vienne en engagement avec les doigts 39 et les écarte contre le contact 15. L'ensemble peut être fixé à l'extrémité 38 d'un fusible limiteur de courant 11. Pour démonter la cartouche, on a recours à la procédure inverse. REVENDICATIONS 1. Ensemble modulaire à cartouche à coupe-circuit à expulsion dirigée sous huile, caractérisé en ce qu'il comprend: un logement tubulaire (17) en un matériau électriquement non conducteur, comportant un alésage qui le traverse longitudinalement, un organe de contact électriquement conducteur (15, 16) monté à chaque extrémité dudit logement, et un ensemble à coupe-circuit remplaçable (10) reçu de façon mobile dans l'alésage dudit logement, ledit ensemble à coupe-circuit comprenant un tube de revêtement de fusible (35) et un élément fusible (34) supporté à l'intérieur dudit tube et relié électriquement à chacun desdits contacts d'extrémité. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits contacts d'extrémité sont vissés de façon amovible sur chaque extrémité dudit logement. 3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits contacts d'extrémité ont un diamètre supérieur au diamètre dudit logement. 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens à rampe (30, 30') s'étendant entre ledit logement et lesdits contacts d'extrémité. 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens à rampe ont une inclinaison comprise entre environ 20 et environ 45 . 6. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens à rampe sont d'un seul tenant avec lesdits contacts d'extrémité. 7. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque contact d'extrémité comprend un corps cylindrique (15, 16) en un matériau électriquement conducteur, comportant une ouverture longitudinale (18) qui le traverse, ladite ouverture comprenant une première partie (21) avec un filetage interne pour s'engager par vissage sur un filetage externe à l'extrémité dudit logement, une seconde partie (24) de diamètre réduit qui vient en engagement avec l'une des connexions électriques dudit élément fusible, et une troisième partie (26) ayant un diamètre supérieur à ladite seconde partie. moins 8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au / l'une (37) desdites connexions électriques dudit élément fusible comprend un ensemble de doigts déformables (39) mobiles entre une première position s'étendant sensiblement coaxialement à partir dudit tube de support de fusible dans laquelle ledit ensemble de coupe-circuit peut être reçu de façon coulissante dans ledit alésage du logement, et une seconde position déformée s'étendant dans une direction transversale à l'axe dudit tube de support de fusible dans laquelle lesdits doigts sont en contact électrique avec ledit contact d'extrémité. 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de serrage (29) pouvant être reçus dans la troisième partie de ladite ouverture pour déplacer lesdits doigts depuis la première position vers ladite seconde position. 10. Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de serrage comprennent un écrou de serrage pouvant être vissé à l'intérieur de ladite troisième partie. 11. Ensemble selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit écrou de serrage comprend une extrémité interne (33) en forme de cône telle que lorsque ledit écrou est tourné dans ladite troisième partie, ladite extrémité interne en forme de cône s'engage dans lesdits doigts et les écarte pour les amener en engagement avec ledit contact d'extrémité. 12. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites première et seconde parties définissent entre elles une surface de butée (25) qui vient en engagement avec l'extrémité dudit logement quand ledit contact d'extrémité est vissé sur lui.