Brevet FR2598024A1 — publié le 19871030

CONDENSATEUR BASSE TENSION AUTOPROTEGE L'invention est relative à un condensateur de puissance basse tension constitué d'éléments à enroulements bobinés autocicatrisants, chacun logé dans un bottier individuel étanche, équipé d'un dispositif de protection qui comprend une membrane déformable appartenant à la paroi du bottier et susceptible de se déformer lors d'une surpression, due à un défaut interne de l'enroulement dans le boîtier. Un condensateur de puissance du genre mentionné, à film métallisé, est essentiellement utilisé pour la correction du facteur de puissance en basse tension. Le condensateur est dit autocicatrisant, car la présence de défauts mineurs dans le film diélectrique entraîne un claquage localisé, qui conduit à l'évaporation des électrodes au voisinage du défaut sans dommages pour le film adjacent. Un élément condensateur est réalisé pa-r l'enroulement de filma plastiques métallisés et le condensateur consiste en un assemblage d'éléments bobinés, connectés selon un arrangement série parallèle, fonction de la puissance. Lors de sollicitations anormales, notamment de surtension ou d'une élévation de température, un claquage diélectrique peut détériorer les propriétés d'autocicatrisation du condensateur. L'augmentation résultante du courant, qui traverse l'élément, provoque une élévation de température au voisinage du défaut et une production de gaz de décomposition du film plastique. Sous l'effet de la pression, le boîtier peut éclater. Un dispositif classique de protection consiste à mettre l'ensemble des éléments dans une boîte métallique suffisamment solide pour contenir les gaz émis. Le défaut est mis hors circuit après destruction complète de l'élémentaffecté dudéfaut, mais il subsiste un risque de courtcircuit interne important et un risque d'explosion. Une autre solution connue consiste à associer à chaque élément de condensateur un fusible électrique qui interrompt le circuit et déconnecte l'élément défectueux lors d'une surintensité. Cette protection est inefficace lorsque le défaut est impédant, donc 2lorsque le courant de court-circuit est limit. lorsque le courant de court-circuit est limité. L'augmentation de pression provoque une déformation du boîtier et il a déjà été proposé de prévoir un couvercle déformable ou éjectable sous l'effet de la pression, cette déformation ou éjection arrachant un fil de connexion de l'élément pour assurer sa déconnexion. Cette protection est efficace pour les faibles surintensités, mais elle présente l'inconvénient d'un réamorçage quand la déconnexion a lieu avec des courants de court-circuits importants. Un tel réamorçage provoque l'ouverture ou l'explosion du boîtier avec un risque d'incendie ou tout au moins un fort dégagement de fumée endommageant les équipements voisins. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un condensateur autocicatrisant, équipé d'une protection efficace en cas de détérioration de la propriété d'autocicatrisation. Le coniensateur selon l'invention-est caractérisé en ce que la déformation de la membrane provoque la fermeture d'un contact court- circuiteur, mettant en court-circuit franc l'élément de condensateur. La surpression dans le boîtier engendre un court-circuit franc qui est éliminé par un appareil de protection en amont, notamment un disjoncteur ou un fusible ou selon un mode de mise en oeuvre préférentiel de l'invention par un fusible associé à l'élément et incorporé au, boîtier ou au capot de fermeture du bottier de l'élément. Le contact court-circuiteur peut être une simple lame élastique dont l'extrémité libre est retenue par une butée. Lors d'une libération de la lame, par exemple par effacement de la butée ou par une déformation de la lame sous l'action d'une partie déformable du boîtier, la lame se déplace brusquement en position de fermeture du contact court-circuiteur. La partie déformable du boîtier est, selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, une membrane obturant l'un des fonds du boîtier et intercalée entre le bottier et un capot formant couvercle. Le boîtier, la membrane, et le capot sont avantageusement en matière plastique et leur assemblage étanche est réalisé par une coulée de matière polymérisable. Le fusible, placé en série de l'élément, est incorporé au capot et ses caractéristiques sont bien entendu appropriées à l'usage du condensateur de puissance. Le fusible doit notamment supporter en permanence le courant nominal et de plus, les courants transitoires d'enclenchement. Il doit également avoir un temps de réponse suffisamment faible pour couper le courant de court-circuit, dû à la fermeture du contact court- circuiteur, avant la rupture du bottier sous l'effet de la pression. Il est important de prévoir entre la paroi interne du bottier et l'élément bobiné enrobé un interstice de cheminement des gaz vers la membrane pour provoquer la déformation de cette dernière avant tout risque d'explosion du boîtier sous l'effet d'une surpression locale. La protection combinée par un fusible électrique et par une membrane déformable actionnant un courtcircuiteur, assure une déconnexion efficace de l'élément sur tout type de défaut susceptible d'apparaître dans un condensateur autocicatrisant. La parfaite autoprotection de chaque élément évite l'emploi de bottiers métalliques à haute performance mécanique. Selon un développement de l'invention, le capot présente une section carrée dans laquelle s'inscrit la section circulaire du bottier, les bords du capot présentant des moyens de fixation, notamment d'encliquetage à des capots adjacents. Ce système modulaire permet la réalisation de condensateurs ayant un nombre quelconque d'éléments sans faire appel à des châssis ou des systèmes de liaison particuliers. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un élément de condensateur selon l'invention en position normale de fonctionnement; - la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, montrant l'élément lors d'une surpression interne; - la figure 3 est une vue en plan de la membrane de l'élément selon la figure 1; - la figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la-figure 3; - la figure 5 est une vue en plan montrant plusieurs capots d'éléments assemblés par encliquetage. Sur les figures, un élément de condensateur 10 comporte un boîtier cylindrique 12, notamment en matière plastique, dont l'un 14 des fonds est ouvert. A l'intérieur du boîtier 12 est logée une bobine 16 formée par un enroulement de films plastiques métallisés. La bobine est enrobée dans une résine de la manière usuelle et elle présente deux fils de connexion 18, 20, sur la face du côté du fond ouvert 14 du boîtier 12. La bobine 16 est du type a autocicatrisation lors d'un claquage localisé en un point. Ce claquage localisé provoque une évaporation de la métallisation au point de claquage et de ce fait une isolation de cette zone en défaut. La bobine 16 conserve son isolation et la perte de capacité, due à l'évaporation ponctuelle de la métallisation, est pratiquement négligeable. Le film plastique est avantageusement un film de polypropylène métallisée par une couche d'aluminium de zinc ou d'un alliage aluminium zinc. Après mise en place de la bobine 16, le boîtier 12 est coiffé par une membrane 22 représentée en détail sur les figures 3 et 4. La membrane 22 en matière plastique souple présente sur son pourtour une rainure circulaire 24 s'encliquetant sur un rebord 26 du fond du boîtier 12. Cet encliquetage assure une liaison provisoire entre la membrane formant couvercle et le boitier 12. La partie centrale de la membrane 22 porte une saillie 27 et la partie périphérique des traversées 28, 30, respectivement de passage des conducteurs de connexion 18, 20. Un capot 32 en matière plastique rigide coiffe la membrane 22 en s'emboîtant sur le pourtour externe du fond ouvert 14 du boltier 12. La partie centrale du capot 32 est creuse pour constituer une chambre 34 dont l'un des fonds est constitué par la partie centrale de la membrane 22 et dont l'autre fond est obturé par un couvercle 36. A l'intérieur ou à l'extérieur de la chambre 34 est diposé un fusible 38 ayant des fils de connexion 40, 42, traversant le couvercle 36. Dans cette chambre 34 est également disposé un contact court-circuiteur constitué par une lame élastique 44, dont l'une des extrémités 46 est rigidement assujettie au capot 32, en l'occurrence à la paroi interne délimitant la chambre 34. La lame élastique 44 constitue le contact mobile du contact court-circuiteur susceptible de coopérer avec un contact fixe 48, porté par le fusible 38. -'élasticité de la lame de contact 44 sollicite cette dernière au contact du contact fixe 48 de la manière représentée s la figure2. En position normale de fonctionnement, représentée à la figure 1, l'extrémité libre 50 de la lame élastique 44 est retenue par un bec 52 ménagé dans la paroi de la chambre 34. Le bec 52 maintient la lame élastique 44 dans une position rectiligne en regard de la saillie 27 de la membrane 22 et à écartement du contact fixe 48. L'un 56 des conducteurs de raccordement de l'élément 10 est relié au conducteur 40 du fusible 38, tandis que l'autre 58 est relié d'une part au conducteur 18 de la bobine 16 et d'autre part à un conducteur 54 de liaison à la lame élastique 44. Le contact fixe 48 du court-circuiteur est relié au conducteur 42 du fusible 38, lui-même connecté au conducteur 20 de la bobine 16. En se référant à la figure 1, il est facile de voir que la bobine 16 et le fusible 38 sont connectés électriquement en série, tandis que le contact court-circuiteur 44, 48, est ouvert. En position de fermeture du contact court-circuiteur, représentée à la figure 2, ce dernier shunte la bobine 16 en étant connecté en série du fusible 38. La fermeture du contact court-circuiteur 44, 48, provoque un court circuit franc, éliminé par la fusion du fusible 38. Le capot 32 présente deux orifices tubulaires 60, 62, en alignement des traversées 28, 30, de la membrane 22 pour le passage des conducteurs 18, 20. Les interfaces entre les orifices 60, 62 et les traversées 28, 30, ont des formes tronconiques conjuguées permettant un emboîtement avec un effet de coincement et de serrage les conducteurs 18, 20, qui les traversent. Sur le pourtour externe du capot 32, sont ménagés des rainures 64 qui s'étendent jusqu'à la zone d'emboîtement du capot 32 sur le bottier 12. Ces rainures 64 permettent la coulée d'une matière polymérisable, par exemple d'une résine polyuréthane quit solidarise par collage l'ensemble emboîté bottier 12, membrane 22 et capot 32. Une coulée de matière polymérisable dans les orifices tubulaires 60, 62 assure l'étanchéité des traversées 28, 30. i'intérieur du boîtier 12 peut être rempli d'une résine solidifiée si l'on prend soin de ménager entre le bottier 12 et l'ensemble bobine 16, résine solidifiée, un intervalle annulaire permettant un échappement des gaz vers la membrane 22. Sur les figures 1 et 2, la matière polymérisable qui remplit les orifices 60, 62, et les rainures 64, n'est pas visible, mais il est facile de comprendre que le boîtier 12 est obturé d'une manière étanche et qu'une surpression interne provoque une déformation de la membrane 22 vers l'extérieur, la saillie 27 se déplaçant vers le haut en engageant la lame élastique 44. Sous l'action de la saillie 27, la lame élastique 44 se courbe jusqu'au moment o son extrémité 50 se dégage du bec 52 et, libérée, se déplace brusquement vers le contact fixe 48 pour fermer le contact court- circuiteur 44, 48. Le capot 32, de forme carrée, comporte sur des côtés opposés, des éléments d'encliquetage 68, de forme conjuguée, permettant un assemblage avec des capots 32', 32", d'éléments de condensateur associés. Ce mode d'assemblage par encliquetage facilite la réalisation de condensateurs à plusieurs éléments 10, connectés en série parallèle. L'autoprotection de l'élément condensateur 10 est effectuée de la manière suivante: - en fonctionnement normal, représenté à la figure 1, le contact courtcircuiteur 44, 48, est ouvert et la bobine 16 est connectée en série du fusible 38. Un claquage localisé, dû à un défaut mineur,est éliminé par l'effetd'autocicatrisation résultant de l'évaporation des électrodes au voisinage du défaut. Lors d'une détérioration des propriétés d'autocicatrisation de la bobine 16, par exemple due à un nombre important de claquages localisés ou à un vieillissement de l'élément, un claquage diélectrique important peut intervenir,lors de sollicitations anormales, provoquant un courant de defaut. La protection est dans ce cas, réalisée selon le type de défaut, soit directement par le fusible 38, dont la fusion déconnecte l'élément 10, soit par l'augmentation de pression dans le bot..er 12 et la déformation de la membrane 22, qui actionne le contact court-circuiteur 44, 48. La fermeture de ce contact court-circuiteur 44, 48 engendre un court-circuit franc et de ce fait, une fusion du fusible 38 assurant la déconnexion de l'élément 10. Cette autoprotection intervient en tous les cas avant toute déformation notable du bottier 12, évitant tout effet externe. Le boltier 12 peut ainsi être réalisé en matière plastique et il est inutile de prévoir une cuve métallique de logement de l'ensemble des éléments constitutifs du condensateur. Il est clair que le contact courtcircuiteur 44, 48, peut être réalisé d'une manière différente, par exemple par un verrou de maintien de l'extrémité libre 50 de la lame élastique 44, lequel verrou serait libéré par la déformation de la membrane 22 par tout moyen approprié. La lame élastique 44 peut bien entendu être un contact mobile à dispositif d'actionnement brusque bien connu des spécialistes. Il est important que l'actionnement du contact court-circuiteur est réalis6 par des forces relativement faibles et que l'élément 10 est rapidement mis hors tension par la fusion du fusible 38. REVENDICATIONS 1. Condensateur basse tension, constitué d'éléments (10) à enroulements bobinés autocicatrisants, chacun logé dans un boîtier (12) individuel étanche, équipé d'un dispositif de protection, qui comprend une membrane (22) déformable appartenant à la paroi du boltier et susceptible de se déformer lors d'une surpression, due à un défaut interne de l'enroulement dans le boîtier, caractérisé en ce que la déformation de la membrane provoque la fermeture d'un contact court-circuiteur (44, 48) mettant en court-circuit franc l'élément (10) de condensateur; 2. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un fusible (38) connecté en série dudit élément (10) pour éliminer ledit court-circuit franc. 3. Condensateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite membrane (22) constituel'un (14)des fonds du boïtier (12) et est coiffée par un capot (32) qui comprend un compartiment interne (34) de logement dudit contact courtcircuiteur (44, 48) et/ou dudit fusible (38). 4. Condensateur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit contact court-circuiteur (44, 48) comporte une lame élastique (44) à fermeture brusque, ladite lame étant libérée par ladite déformation de la membrane (22). 5. Condensateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane (22) comporte des traversées (28, 30) de passage des conducteurs (18, 20) de connexion dudit élément. 6. Condensateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étanchéité du boîtier est réalisée par une coulée de matière polymérisable, qui colle les parties en regard du capot (32), de la membrane (22) et du bottier (12). 7. Condensateur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un intervalle de passage du gaz est ménagé entre la paroi interne du bottier (12) et l'enroulement (16) pour faciliter le cheminement des gaz engendrés dans l'élément vers la membrane (22). 8. Condensateur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le boîtier (12), la membrane (22) et le capot (32) sont en matière plastique. 9. Condensateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (12) en forme de cylindre est coiffé par un capot (32) de forme carrée, présentant des moyens d'assemblage (68) susceptibles de coopérer avec des moyens d'assemblage conjugués de capots adjacents pour constituer un condensateur à plusieurs éléments assemblés.