Brevet FR2596918A1 — publié le 19871009

DISPOSITIF FUSIBLE LIMITEUR DE COURANT. L'invention se rapporte à un dispositif limiteur de courant, comportant un ruban conducteur qui présente, d'une part, deux extrémités opposées, reliées à deux pièces respectives de raccordement pour être placé en série avec une charge devant être protégée et, d'autre part, une région intermé- diaire fusible de section déterminée qui est placée entre des extrémités et ayant un support isolant et qui e t niquement associé à ces pièces de raccordement st Ces dispositifs dont les modes de réalisation sont très connus et prennent généralement l'allure de cartouches amovibles, sont universellement utilisés pour opérer ur!e protection contre la croissance des courants de court- circuit accidentels, et sont fréquemment désignés par l'appellation de "fusibles". On sait que ces fusibles présentent un certain nombre de défauts qui, d'une part, résultent de l'inévitable vieillis sement provoqué par les modifications progressives que subit le métal lorsque les courants qui le traversent atteignent des niveaux élevés, mais insuffisants pour provoquer leur fusion et qui, d'autre part, sont liés à l'utilisation d'une certaine quantité de sable placée entre le conducteur fusible et une enveloppe portant les pièces de raccordement. La présence de ce sable qui est notamment justifiée par la nécessité d'amortir le dégagement d'énergie consécutif à la fusion du conducteur fusible pour ne pas détruire l'enveloppe, provoque elle-même l'apparition de nombreuses contraintes. Le degré de tassement de ce sable doit en effet être maintenu entre des limites bien précises au-delà desquelles l'effet d'amortissement n'est plus obtenu, et où une métallisation des grains entourant le conducteur fusible risque de compromettre l'isolement résiduel après fusion. En deçà de cette limite, apparaissent des risques d'explosion de l'enveloppe consécutifs à une diminution d'amortissement. Qn remarquera encore que, lorsque les influences du milieu environnant où se trouve placé le dispositif, communiquent à ce dernier des vibrations non aléatoires, on peut observer un tassement excessif du sable dans une certaine région de l'enveloppe et un défaut de sable dans une région opposée. Enfin, on ne perdra pas de vue les complications industrielles qui sont inévitablement liées à l'utilisation ou à la présence du sable dans des machines automatiques dont la maintenance doit être aussi réduite que possible. L'objectif visé par l'invention est donc de fournir un fusible ne nécessitant pas la mise en oeuvre de sable, tout en lui conservant un volume identique à ceux de l'art antérieur et en n'augmentant pas les risques de destruction de l'enveloppe au moment de la fusion du conducteur interne. On sait que l'énergie qui est dissipée dans un dispositif de protection à fusible où un arc électrique se forme entre les extrémités du conducteur en cours de fusion, est de la forme 5UaI dt, Ua étant la tension d'arc. Le dispositif à fusible mis en oeuvre dans l'invention opère une réduction sensible de cette énergie grâce à une diminution du temps de coupure, qui est mise à profit pour ne pas augmenter le volume et/ou la rigidité de l'enveloppe. On peut par ailleurs observer une certaine amélioration de l'effet limiteur de courant, dont les effets bénéfiques se font ressentir sur les lignes ou charges à protéger. Selon l'invention, le but visé est atteint grâce au fait qu'au moins une des extrémités des portions extrêmes opposées de la région intermédiaire du ruban, qui est pincée dans le sens de son épaisseur entre deux surfaces isolantes, s'étend sur une certaine longueur entre ces surfaces de façon à obliger l'un des deux pieds d'arc à se confiner dans un étroit interstice, ces extrémités étant elles-memes entourées par une enveloppe commune et écartées dure quantité telle qu'au moins un côté de la région centrale non pincée du ruban soit placée dans une chambre de détente entourée par l'enveloppe. D'autres particularités de l'invention, ainsi que certalns bénéfices supplémentaires résultant de la mise en oeuvre de mesures annexes, seront mieux compris à la lecture de la description ci-dessous et à l'examen des figures suivantes qui l'accompagnent La figure 1 représente un dispositif fusible selon l'invention, dans une vue en élévation coupée par un plan médian qui contient l'axe XX' de l'enveloppe ; Les figures 2 et 3 montrent dans des vues de côté, coupées par les plans PP' et QQ', des entretoises utilisées pour l'obtention du résultat visé La figure 4 montre dans une vue en coupe perpendicu laire à celle de la figure 1, un détail concernant l'une ou l'autre des extrémités de l'enveloppe, dD ruban fusible et de l'entretoise correspondante ;; La figure 5 représente dans une vue analogue à celle de la figure 1, un second mode de réalisation de l'invention dans laquelle des mesures sont prises pour multiplier les pieds d'arc et améliorer la dissipation thermique La figure 6 montre un tableau comparatif des phénomè nes observés lors de l'apparition de court-circuits de même nature dans un fusible conventionnel et dans un fusible selon l'invention La figure 7 illustre un troisième mode de réalisation qui est dérivé de celui de la figure 1 ; Les figures 8 et 9 représentent en vue de côté des coupes locales par les plans RR' et SS' du fusible selon la figure 7, et d'une variante de ce dernier et La figure 10 montre l'allure des variations des para mètres d'une coupure lors d'un court-circuit limité par le fusible selon l'invention. Le dispositif limiteur de courant, ou fusible 1, que l'on voit à la figure 1, comporte une enveloppe extérieure 2 en matériau synthétique isolant, de préférence cylindrique, deux pièces de raccordement électrique opposées 3 respectivement 4, qui prennent la forme de capuchons métalliques emmanchés ou vissés sur les extrémités 5 respectivement 6 de l'enveloppe, un conducteur 7 de faible épaisseur qui se présente essentiellement comme un ruban métallique ayant deux régions opposées 8, 9 de largeur - D - relativement importante, et une région intermédiaire 10 de largeur inférieure - d -, ce ruban étant sensiblement placé dans l'axe XX' de l'enveloppe et étant placé en contact électrique avec les pièces de raccordement à l'aide de ses extrémités. Le maintien en position du conducteur est opéré essentiellement par des entretoises isolantes cylindriques ll respecti- vement 12, qui sont logées dans l'alésage 13 de l'enveloppe et dont une fente diamétrale 14 respectivement 15 reçoit les extrémités 5 respectivement 6. Chacune de ces entretoises peut, en fait, être soit réalisée d'une seule pièce 16 fendue, voir la figure 2, soit résulter de l'assemblage de deux demi-entretoises 17, 18, comme cela est indiqué à la figure 3. Les bons contacts électriques entre les pièces de raccorde-8 ment et les extrémités du conducteur sont, par exemple, opérés par l'application élastique de languettes repliées 19, 20 contre les fonds internes 21, 22 des pièces 3, 4, voir aussi figure 4. L'établissement du contact de ces languettes avec ces ivCt.s de raccordement est assuré par le maintien des entrs-osses dans les positions axiales representées sur la figure maintien peut à son tour être opéré soit grâce à un efe serrage périphérique des entretoises dans l'alésage, soit encore grâce à la présence entre elles d'une pièce d'écarte- ment tubulaire isolante 23 placée dans l'alésage. Comme on le voit sur la figure 1 et la figure 4, la rn intermédiaire 10 s'étend sensiblement dans l'axe XX' de l'enveloppe 2 et se prolonge à ses deux extrémités sur une faible distance axiale - e - à l'intérieur de chaque fente 14, 15 ; les portions correspondantes 24, 25 qui sont poin- tillées sur cette figure, se trouvent donc pincées entre les surfaces opposées 15', 15" des fentes de sorte que lors de la fusion de cette région intermédiaire, les pieds opposés de l'arc apparaissant entre les portions conduccrices restantes, sont amenés à se confiner dans des interstices - i - où ils subissent des étranglements. I1 est possible d'améliorer le système par l'utilisation de matériaux isolants dont le dégagement gazeux (lorsqu'ils sont soumis à l'arc) améliore la coupure. Les effets avantageux procurés par l'invention sont essentiellement imputables à la présence d'au moins un de ces étranglements dans lesquels les pieds de l'arc sont obligés de se rendre. L'onde de choc se produisant lors de la fusion et du développement de l'arc, est avantageusement amortie par la présence de la pièce d'écartement 23 qui délimite une chambre de détente 55. Selon un second mode de réalisation 37, représenté à la figure 5, où les pièces ayant les mêmes fonctions sont désignées par des repères affectés d'une lettre, le conducteur 7a comprend une succession axiale de portions intermédiaires fusibles 10a, 10b, 10C... et de portions élargies 9a 9b, 9,..., chacune de ces dernières est ici encastrée dans des fentes analogues d'entretoises cylindriques individuelles lla, llbt llc On retrouve ici également la présence de portions pointillées 25at 24at 25b, 24b... destinées à opérer un confinement de l'arc.Les entretoises individuelles présentent ici un diamètre correspondant à celui de l'alésage 13a et les pièces d'écartement, telles que 23a, 23b 23c..., sontconstituées par des pièces annulaires alternativement et axialement empilées avec les entretoises pour délimiter des chambres de détente individuelles 55a 55bf 55c ... Outre les bénéfices qui peuvent résulter de la mise en série de portions fusibles faisant apparaitre chacune des paires de pieds d'arc pratiquement simultanées, tiennent pour partie à une distribution plus régulière de l'onde de choc, et pour partie à une meilleure évacuation de l'énergie thermique qui est développée par le conducteur 7a lorsque l'intensité du courant qui le traverse est importante, sans toutefois atteindre le seuil de fusion. Cette amélioration est imputable essentiellement au transfert thermique établi par les portions élargies vers les surfaces des fentes des entretoises. Dans ce mode de réalisation, les pièces d'écartement et les masses des entretoises concourent à l'obtention d1un amor- tissement distribué de l'énergie degagée lors de la fusion. Accessoirement, la présence des entretoises concourt à une meilleure résistance aux vibrations et aux forces électrodynamiques pouvant apparaître si des conducteurs de retour de courant sont placés au voisinage. Le tableau de la figure 6 donne des résultats dleseeis comparatifs, qui ont été effectués sur des fusibles ue meme calibre nominal, l'un I étant conventionnel, l'autre Il étant celui de l'invention. Dans le mode de réalisation 35 selon la figure 7, qui deive de celui présenté à la figure 1, le fin ruban conducteur 27 adhère sur un mince support ou film isolant 28 et présente comme dans les exemples précédents, une portion rétrécie 29 appelée à fondre et des portions élargies 30, 31 et confinées 24', 25' destinées à établir le contact électrique avec les pièces de raccordement telles que 3 et 4 et rzseo-ve- ment l'étranglement des pieds d'arcs. Si le mode de réalisation dérive de celui de la figure 5, pour créer une distribution de zones confinées et transmet- tre l'énergie calorifique, chaque entretoise intermédivire pince le film et une portion élargie. Les pièces qui sont utilisées ici et qui sont identiques à celles de la figure 1 portent les mêmes repères. La seule différence qui sépare les entretoises 11', 12' de la figure 7 de celles utilisées dans la figure 1, réside dans la présence de fentes diamétrales 33, 34 qui sont légèrement plus larges pour accueillir les portions élargies et le film isolant, voir figure 8. Le mode de réalisation 38 selon la figure 9 montre en coupe transversale comment un dispositif dérivé de celui de la figure 8 peut mettre en oeuvre une pièce d'écartement 40 s'étendant pratiquement sur toute la longueur d'une enveloppe 41 pour supporter un film isolant 28 portant une mince couche fusible identique à celle représentée en 29 à la figure 7. Cette pièce d'écartement comporte une cavité 42 pour la détente des gaz et une paroi massive 47 ayant une surface 48 propre à supporter le film isolant ; les bords parallèles 43, 44 de ce dernier peuvent être introduits dans des rainures de guidage 45, 46 longitudinales ; des entretoises en forme de demi-lune telles que 50 établissent aux extrémités et en coopération avec la surface d'appui 48 le pincement nécessaire au confinement de pieds d'arc dans les portions telles que 52. La figure 10 illustre les allures que prennent, en fonction du temps - t -, la croissance et la limitation d'un courant de court-circuit A et de la tension d'arc V dans un fusible classique, courbe I, et dans un fusible selon l'invention, courbes IIV, IIC. Revendications 1. Dispositif limiteur de courant, comportant un ruban conducteur qui présente, d'une part, deux extrémités opposées, reliées à deux pièces respectives de raccordement pour être placé en série avec une charge devant etre proWe- gée et, d'autre part, une région intermédiaire fusible de section déterminée qui est placée entre des extrémité et ayant un support isolant et qui est mécaniquement associe ces pièces de raccordement et à ces extrémités pour es maintenir, caractérisé en ce qu'au moins une des extrémités des deux portions extrêmes opposées (24, 25) respectivement (24', 25') de la région intermédiaire du ruban (1C) respectivement (29), qui est pincée dans le sens de son épaisseur entre deux surfaces isolantes (15', 15"), s'étend sur une certaine longueur - e - entre ces surfaces de façon à oblige l9n des deux pieds d'arc à se confiner chacun dans un étroit interstice - i -, ces extrémités étant elles-mêmes entou- rées par une enveloppe commune 2 et écartées d'une quantité telle qu'au moins un côté de la région centrale (lu) respec- tivement (52) non pincée du ruban (7) soit placée dans chambre de détente (55) respectivement t42) entoure par l'enveloppe (2) respectivement (41). 2. Dispositif limiteur de courant a fusible selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux extrémités (24, 15) du ruban (10) sont pincées entre des surfaces isolantes (15', 153) sur une longueur appropriée - e -. 3. Dispositif limiteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les surfaces isolantes (15', 15") sont portées par des entretoises isolantes (11, 12) placées aus extrémités d'une enveloppe tubulaire (2) et le ruban (10) circule sensiblement dans l'axe XX' de celle-ci, une pièce interne d'écartement tubulaire (23) permettant de maintenir axialement lesdites entretoises. 4. Dispositif limiteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ruban fusible (7) possède à ses extrémités des portions élargies (8, 9) de même épaisseur qu'une région intermédiaire (10) de moindre largeur, le contact de ces portions avec les entretoises correspondantes concourant à une évacuation de l'énergie thermique dissipée dans l'ensemble du ruban, lorsque celui-ci est parcouru par un courant permanent. 5. Dispositif limiteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans une même enveloppe tubulaire (2a) une multiplicité d'entretoises (11, lla, Ilb1.*.) est disposée de façon régulière et que chaque entretoise présente des surfaces isolantes qui opèrent, d'une part, des pincements particuliers sur des longueurs - e' - appropriées et, d'autre part, des évacuations thermiques distribuées grâce à la présence de portions élargies locales (gat 9b' 9c' 6. Dispositif limiteur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'entre deux entretoises, sont disposées des pièces d'écartement annulaires (23a, 23bt 23c,...) qui concourent à la formation de chambres de détente individuelles 7. Dispositif limiteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le ruban fusible (27) comprenant les portions élargies (30, 31) les portions pincées (24', 25') et la portion intermédiaire (29) sont déposées sous forme d'une couche mince sur un ruban isolant de faible épaisseur (28).