Brevet FR2583918A1 — publié le 19861226

Ensemble à cartouche à coupe-circuit à expulsion dirigée sous huile. La présente invention concerne des coupe-circuits, et plus particulièrement un ensemble 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. Un 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 coûteux. 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 ensemble à court-circuit remplaçable est inséré dans le manchon et est maintenu en position par une paire d'écrous de serrage vissés sur les extrémités extérieures des deux contacts d'extrémité. Un problème posé par un tel ensemble est que lorsque les écrous-dé serrage sont vissés sur les contacts d'extrémité pour venir en engagement avec l'élément fusible, ils peuvent casser cet élément fusible en raison des forces qui lui sont appliquées. Il est donc souhaitable de prévoir des moyens pour éviter un contact ou un engagement direct de l'écrou de serrage avec l'extrémité de l'élément fusible tout en maintenant un contact électrique adéquat avec lui. On a constaté qu'il était souhaitable de constituer un élément fusible de manière qu'il s'ouvre dans des conditions de surcharge à une température et un emplacement prédéterminés. L'invention concerne un ensemble à cartouche à coupe-circuit à expulsion dirigée sous huile capable de déterminer l'isolation électrique suite à son fonctionnement. L'ensemble comprend un logement tubulaire en un matériau électriquement non conducteur comportant un alésage qui le traverse longitudinalement, un organe de contact électriquement conducteur monté à chaque extrémité du logement, un tube de revêtement du fusible reçu de façon amovible dans l'alésage du logement et comprenant une ouverture qui le traverse longitudinalement, et un élément fusible reçu de façon amovible dans l'ouverture du tube de revêtement du fusible. Selon un aspect de l'invention, l'ensemble comprend des moyens de montage pour monter une extrémité d'un élément fusible qui comprend des moyens d'écartement pouvant être amenés en engagement avec l'un des organes de contact d'extrémité pour éviter un contact direct de l'élément fusible avec l'organe de contact d'extrémité. Pour obtenir ce résultat, les moyens de montage se présentent sous la forme d'un disque ou d'une rondelle mince et les moyens d'écartement comprennent au moins une plage ou saillie soulevée sur une face du disque. De préférence, un ensemble de plages sont espacées circonférentiellement sur le disque et l'élément fusible est fixé entre elles de manière que le contact d'extrémité soit vissé sur le logement de la cartouche en étant en engagement avec les plages mais non avec l'élément fusible. Ceci permet une connexion électrique entre l'élément fusible et le contact d'extrémité sans appliquer une contrainte mécanique additionnelle à l'élément fusible, et réduisant ainsi l'éventualité d'une cassure de l'élément fusible. Selon un autre aspect de l'invention, l'élément fusible comprend des moyens d'interruption de courant situés entre ses extrémités pour interrompre le passage du courant en réponse à une température de fonctionnement prédéterminée. Ainsi, l'élément fusible est conçu pour s'ouvrir à à une température et dans une position prédéterminées pendant un fonctionnement en surcharge. Pour obtenir ce résultat, l'élément fusible comprend au moins un trou qui le traverse, recouvert par un matériau eutectique présentant une température de fusion désirée. Quand une température de fonctionnement prédéterminée est atteinte, le matériau eutectique s'amollit et s'échappe par les trous, déterminant une section droite réduite dans l'élément fusible qui de son c6té amène l'élément fusible à s'ouvrir en ce point, à brûler et à interrompre le circuit. De préférence, l'élément fusible se présente sous la forme d'un mince ruban de manière que pendant des conditions de courant défectueux élevées l'élément fonctionne comme un conducteur solide, maintenant une section droite spécifique en ne tenant pas compte du matériau eutectique, pour obtenir une coordination correcte avec un fusible limiteur de courant s'il est utilisé de cette manière. L'élément fusible en forme de ruban plat peut être conçu avec une section droite spécifique, d'épaisseur et de largeur désirées, et en modifiant cette section droite, l'élément fusible peut être utilisé pour réguler l'écoulement de l'huile dans l'ensemble et obtenir les diverses caractéristiques de fusion spécifique désirées. Lorsque l'opération d'interruption est terminée, la présente conception permet à l'huile de revenir dans le tube de revêtement du fusible et de constituer l'agent diélectrique qui isole le circuit jusqu'à ce que la refusion puisse être réalisée. Selon un autre aspect de l'invention, l'un des contacts d'extrémité est réalisé sous la forme d'un réceptacle de pression qui incorpore une chambre de pression à l'intérieur. Cette chambre de pression facilite l'interruption du courant en stockant la pression développée pendant l'accumulation des gaz engendrés pendant la formation de l'arc, et suite à cette accumulation, la pression refoule les gaz par les trous d'évent du réceptacle et les renvoie également dans le tube de revêtement de l'élément fusible, ce qui constitue une opération de balayage et de nettoyage de l'alésage lui-même. La présente invention propose donc un ensemble à cartouche à coupecircuit à expulsion dirigée sous huile formant un dispositif d'interruption du courant capable de réaliser une isolation électrique à la suite de son fonctionnement, en prévoyant un élément fusible conçu pour s'ouvrir à une température et à un emplacement prédéterminés, et un contact d'extrémité qui réalise une opération de balayage et de nettoyage. L'ensemble comprend également un mécanisme pour monter l'élément fusible de manière à réduire l'éventualité de casse pendant l'assemblage. L'invention va maintenant être décrite plus en détail avec référence aux dessins annexés 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 en coupe dans le plan de la ligne 4-4 de la figure 2, la figure 5 est une vue détaillée partielle montrant le montage d'une extrémité de l'élément fusible, la figure 6 est une vue détaillée partielle de l'élément fusible dans le plan de la ligne 6-6 de la figure 2, et la figure 7 est une vue en coupe partielle dans le plan de la ligne 7-7 de la figure 6. Un fusible ou coupe-circuit à expulsion dirigée 10 peut être utilisé seul ou an tandem avec un fusible limiteur de courant 11, corne illustré aux figures 1 et 2. DansR ce dernier cas, les fusibles 10 et Il sont montés sur une armature de support 12 pour conserver leur position nécessaire à un fonctionnement correct. Come montré à la figure 1, les fusibles combinés 10 et Il 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 Il peuvent être maintenus par une armature du type à baïonnette (non montrée) de constitution habituelle. Le coupe-circuit à expulsion dirigée 10 comprend deux contacts 15 et 16 fixes par vissage aux extrémités opposées d'un logement tubulaire isolé 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 matériau utilisé pour le logement 17 est de préférence un composé en matière plastique moulable tel qu'un polyester chargé de verre ou un époxy chargé de verre. Le logement 17 comprend un alésage 18 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'ensemble tubulaire du coupe-circuit comprend une connexion filetée entre les contacts d'extrémité 15, 16 et le logement 17. Le contact d'extrémité 15 comprend une ouverture centrale qui le traverse, présentant une première partie 19 avec un filetage interne 20 constitué dans ledit contact d'extrémité 15 pour s'engager par vissage sur le filetage externe 21 constitué sur l'extrémité du logement 17. L'ouverture qui traverse le contact d'extrémité 15 comprend en outre une seconde partie 22 de diamètre réduit qui est inférieur au diamètre de la partie 19. La première partie 19 et la seconde partie 22 définissent entre elles une surface de butée annulaire 23 s'étendant en direction radiale, qui est en engagement avec l'extrémité du logement 17 quand le contact d'extrémité 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 22 est lisse et son diamètre est dimensionné de manière que le logement 17 et le tube de revêtement du coupe-circuit remplaçable viennent en contact avec la surface de butée 23 pour positionner et aligner correctement ces éléments. L'ouverture pratiquée dans le contact d'extrémité 15 comprend également une troisième partie 24 de diamètre plus important que celui de la seconde partie 22. La troisième partie 24 comprend un filetage interne 25 constitué dans le contact d'extrémité 15 pour se visser sur le filetage externe 26 de l'extrémité d'un écrou de serrage 27, dont la fonction sera décrite plus loin. Une surface annulaire conique 28 s'étend en divergeant à partir de la seconde partie 22 en direction de la troisième partie 24. La surface 28 forme un angle qui réduit la contrainte mécanique appliquée à l'extrémité de l'élément fusible de façon à réduire l'éventualité d'une casse de ce dernier pendant l'assemblage. L'écrou de serrage 27 comprend un premier alésage 29 qui le traverse longitudinalement et qui est coaxial à l'alésage 18 lorsque l'écrou 27 est assemblé ou vissé sur le contact d'extrémité 15. L'écrou 27 comprend également un second alésage 30 s'étendant transversalement à l'alésage 29, à son extrémité extérieure. Les alésages 29 et 30 communiquent avec la surface extérieure de l'écrou 27 pour permettre au processus de fusion de se dérouler d'une manière habituelle. L'écrou 27 comprend également une extrémité interne de forme conique 31 dont la conicité forme un angle correspondant sensiblement à l'angle de la surface 26 de manière à limiter la contrainte mécanique appliquée à l'élément fusible. Un ensemble à coupe-circuit remplaçable est disposé dans l'alésage 18 du logement 17. L'ensemble à coupe-circuit comprend un tube de revêtement 31 constitué en un matériau isolant tel qu'une résine synthétique contenant du fluor, telle que du "Teflon", une fibre cornée fabriquée par Spaulding Fiber Co., ou tout autre matériau ablatif d'arc présentant à la fois de bonnes caractéristiques diélectriques et d'interruption. Le tube 31 du coupe-circuit remplit diverses fonctions. Tout d'abord, il constitue un alésage isolant non conducteur qui évacue le gaz extincteur d'arc pendant le processus de fusion. Le tube 31 absorbe une grande partie de l'onde de choc et de la pression produites quand l'élément fusible explose et se consume pendant la fusion, et transmet une force plus uniforme au logement 17. Une fonction majeure du tube à coupe-circuit 31 est d'admettre, retenir et contenir certaines des parties à haute énergie provenant de la fusion de l'élément fusible. Ces produits consistent en fragments d'élément fusible fondu, en solides et en gaz provoqués par la vaporisation de l'élément fusible et de l'huile isolante 14 dans l'alésage du tube à coupe-circuit. L'ensemble à coupe- circuit comprend également un élément de coupe-circuit à expulsion dirigée 32 qui commence à fondre en fonction d'une caractéristique de fusion prédéterminée. L'élément fusible 32 a la forme d'un mince ruban plat constitué en tout matériau conducteur approprié tel que de l'argent, et il est reçu de façon amovible dans l'alésage ou l'ouverture du tube protecteur du coupe-circuit 31 de manière que ses extrémités opposées fassent saillie des extrémités opposées du tube 31. Une extrémité du fusible 32 est fixée au contact d'extrémité 15 au moyen de l'écrou de serrage 27, comme montré à la figure 2, alors que l'autre extrémité du fusible est fixée au contact d'extrémité 16 au moyen d'un disque ou d'une rondelle mince 33. Comme on le voit le plus clairement à la figure 3, le fusible 32 est fixé par exemple par soudage à une face du disque 33. Le fusible 32 est fixé dans une position située entre deux plages ou saillies adjacentes 34. Comme le montre le plus clairement la figure 3, quatre plages 34 sont espacées régulièrement et séparées les unes des autres circonférentiellement autour d'un c8té du disque 33. Les plages 34 font saillie axialement du disque 33 sur une distance suffisante pour éviter un contact ou un engagement direct du contact d'extrémité 16 avec l'élément fusible 32 de manière qu'aucune contrainte mécanique additionnelle-ne soit appliquée au fusible 32 pendant l'assemblage, réduisant ainsi l'éventualité d'une casse du fusible 32. Le disque 33 est réalisé en laiton ou en un matériau électriquement conducteur ou similaire de manière que le contact des plages 34 avec le contact d'extrémité 16 crée la connexion électrique nécessaire entre l'élément fusible 32 et le contact d'extrémité 16. Comme montré aux figures 2 et , le disque 33 est situé dans une position o il est pris en sandwich entre les extrémités du logement 17 et du tube 31 et d'un épaulement annulaire 35 s'étendant radialement et formé dans le contact d'extrémité 16. Ainsi, quand le contact d'extrémité 16 est assemblé sur le logement 17, l'épaulement 32 vient en contact avec les plages 34 et non avec l'extrémité de l'élément fusible 32, et fixe le tube 31 et l'élément fusible 31 en position dans le logement 17. Le contact d'extrémité 16 comprend une ouverture qui le traverse longitudinalement et qui présente une première partie avec un filetage interne 36 constitué dans ledit contact d'extrémité 16 pour s'engager par vissage sur le filetage externe 37 constitué sur l'extrémité du logement 17. Cette première partie communique avec une seconde partie ou chambre de pression 38 de diamètre réduit. La réduction du diamètre de la chambre de pression 38 se traduit par la formation d'un épaulement annulaire 35. Des trous d'évent 39 et 40 établissent la communication entre la surface extérieure du contact d'extrémité 16 et la chambre 38. La chambre de pression 38 est dimensionnée de manière à présenter un volume et des dimensions qui facilitent l'interruption du courant en stockant la pression développée par l'accumulation des gaz engendrés pendant la formation de l'arc par l'élément fusible 32. Suite à l'accumulation de la pression, les gaz sont refoulés par les trous d'évent 39 et 40 et renvoyés également par l'alésage dans le tube de revêtement 31 du fusible pour réaliser une opération de balayage et de nettoyage de l'alésage. Ce balayage et ce nettoyage peuvent être réalisés du fait que les alésages 29 et 30 et l'écrou de serrage 27 permettent l'échappement correct des vapeurs des matériaux fondus et des gaz suite au processus d'interruption. Le contact d'extrémité 16 comprend également une extrémité supérieure filetée 41 en vue de sa liaison avec le fusible limiteur de courant 11. En se référant maintenant aux figures 6 et 7, celles-ci représentent un moyen d'interruption de courant situé entre les extrémités opposées de l'élément fusible 32 pour interrompre le passage du courant en réponse à une température de fonctionnement prédéterminée. Comme illustré, ce moyen d'interruption du courant comprend trois trous 42 constitués dans l'élément fusible 32 et recouverts par le matériau eutectique 43 présentant une température de fusion désirée. On notera que le matériau eutectique 43 s'étend complètement sur les trous 42 qu'il recouvre sur les deux côtés de manière que pendant les conditions de courant défectueux élevées, l'élément fusible 32 fonctionne en tant que conducteur solide, en conservant sa section droite spécifique et ne tenant pas compte du matériau eutectique 43, permettant ainsi une coordination correcte avec le fusible limiteur de courant 11 s'il est utilisé de cette manière. Le matériau eutectique 43 peut comprendre de nombreux alliages de soudure eutectiques habituellement utilisés par l'homme du métier, présentant chacun sa propre température de fusion spécifique. Ainsi, dans des conditions de surcharge, quand une température de fonctionnement prédéterminée est atteinte, le matériau eutectique 43 s'amollit, flue par les trous 42, ce qui se traduit par une section droite réduite de l'élément fusible 32 ceci amenant, de son côté, l'élément fusible 32 à s'ouvrir en son centre, à brGler à partir de là et à interrompre le circuit. Lorsque l'action d'interruption est terminée, cette conception permet à l'huile 14 de revenir dans le tube protecteur de fusible 31 et de constituer l'agent diélectrique pour isoler le circuit jusqu'à ce que la refusion puisse être réalisée. On doit également noter que du fait que l'élément fusible 32 se présente sous la forme d'un ruban plat, son aire en section droite peut être variable, ce qui fait que lorsqu'il est placé dans l'alésage du tube de revêtement de fusible 31, il peut réguler le débit de l'huile qui le traverse pour déterminer des caractéristiques de fusion spécifiques. En d'autres termes, si la section droite de l'élément fusible 32 est importante, le mouvement de l'huile dans l'alésage du tube 31 est relativement lent et il en résulte que le fusible 32 s'ouvre plus tôt pour une valeur de courant plus basse. Par ailleurs, si la section droite de l'élément fusible 32 est relativement faible, le mouvement de l'huile dans l'alésage du tube 31 est relativement plus rapide et il en résulte que l'élément fusible 34 s'ouvre plus tard pour une valeur de courant plus élevée. Un ensemble à cartouche à coupe-circuit à expulsion dirigée sous huile a été illustré et décrit comme comprenant un contact d'extrémité 16 conçu en tant que réceptacle de pression pour déterminer une opération de balayage et de nettoyage pendant une opération d'interruption. L'ensemble comprend également un élément fusible 32 conçu pour s'ouvrir à une température et en un emplacement prédéterminés pendant le processus de surcharge, et qui est monté d'une manière spécifique pour éliminer les contraintes mécaniques qui sont appliquées et réduire l'éventualité d'une casse pendant l'assemblage. REVENDICATIONS 1. Ensemble 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 (18) qui le traverse longitudinalement, un organe de contact électriquement conducteur (15, 16) monté à chaque extrémité du logement, un tube de revêtement de fusible (31) reçu de façon amovible dans l'alésage dudit logement, et comprenant une ouverture qui le traverse longitudinalement, un élément fusible (32) reçu de façon amovible dans l'ouverture dudit tube de revêtement de fusible, des moyens de montage (33) pour monter une extrémité dudit élément fusible, lesdits moyens de montage comprenant des moyens d'écartement (34) pouvant être amenés en engagement avec l'un desdits organes de contact d'extrémité pour éviter un contact direct de ladite extrémité dudit élément fusible avec ledit organe de contact d'extrémité, et des moyens de serrage (27) pour serrer l'autre extrémité dudit élément fusible en le mettant en engagement avec l'autre organe de contact d'extrémité (15). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de montage peuvent être disposés entre ladite extrémité de l'organe de contact et ledit logement. 3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe de contact (16) peut être vissé sur une extrémité dudit logement, et comprend un épaulement annulaire (35) s'étendant radialement et faisant saillie vers l'intérieur à partir de ladite connexion filetée, qui peut être amené en engagement avec lesdits moyens d'écartement. 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de montage comprennent un disque mince (33) pouvant être positionné entre ledit épaulement annulaire et ledit logement. 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'écartement comprennent au moins une plage (34) faisant saillie axialement à partit d'une face dudit disque. 6. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un ensemble de plages sont espacées circonférentiellement sur ledit c8té dudit disque. 7. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément fusible comprend un ruban plat (32) relié audit disque sur son dit côté. 8. Ensemble à cartouche à coupe-circuit à expulsion dirigée sous huile caractérisé en ce qu'il comprend: un logement tubulaire en un matériau électriquement non conducteur, comportant un alésage qui le traverse longitudinalement, un organe de contact électriquement conducteur monté à chaque extrémité du logement et, un ensemble à fusible remplaçable reçu de façon amovible dans l'alésage dudit logement, ledit ensemble à fusible comprenant un tube de revêtement de fusible (31) présentant une ouverture qui le traverse longitudinalement et un élément fusible (32) reçu de façon amovible dans l'ouverture dudit tube de revêtement de fusible et présentant des extrémités opposées reliées électriquement à des organes de contact (15, 16) d'extrémité respectifs, ledit élément fusible comprenant des moyens d'interruption de courant (42) situés entre ses extrémités opposées pour interrompre le passage du courant en réponse à une température de fonctionnement prédéterminée. 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'interruption du courant comprennent au moins un trou (42) constitué dans ledit élément fusible, recouvert d'un matériau eutectique (43) présentant une température de fusion désirée. 10. Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit élément fusible se présente sous la forme d'un mince ruban. 11. Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit matériau eutectique s'étend sur et recouvre les deux c8tés dudit trou. 12. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que il comprend en outre des moyens de montage pour monter une extrémité dudit élément fusible, lesdits moyens de montage comprenant des moyens d'écartement (34) pouvant venir en engagement avec l'un desdits organes de contact d'extrémité pour éviter un contact direct entre ladite extrémité dudit élément fusible et ledit organe de contact d'extrémité. 13. Ensemble selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de serrage pour serrer l'autre extrémité dudit élément fusible et l'amener en engagement avec l'autre organe de contact d'extrémité. 14. Ensemble selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits moyens de montage sont disposés entre ledit organe de contact d'extrémité et ledit logement. 15. Ensemble selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit organe de contact d'extrémité (16) peut être vissé sur une extrémité dudit logement, et comprend un épaulement annulaire (35) srétendant radialement et faisant saillie vers l'intérieur à partir de ladite connexion filetée qui peut être amenée en engagement avec lesdits moyens d'écartement. 16. Ensemble selon la revendication 15, caractérisé enu ce que lesdits moyens de montage comprennent un disque mince (33) pouvant être positionné entre ledit épaulement annulaire et ledit logement. 17. Ensemble selon la revendication 16, caractérisé en ce que lesdits moyens d'écartement comprennent au moins une plage (34) faisant saillie axialement à partir d'un coté dudit disque. 18. Ensemble selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'ensemble de plages sont espacées circonférentiellement sur ledit c6té dudit disque. 19. Ensemble selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit élément fusible comprend un ruban plat relié audit disque sur ledit c6té de ce dernier. 20. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'un desdits organes de contact d'extrémité comprend une chambre à pression (38) intégrée et en communication avec l'ouverture dudit tube de revêtement du fusible.