Brevet FR2598556A1 — publié le 19871113

DISPOSITIF DE PROTECTION ELECTRIQUE AUTODESTRUCTEUR La présente invention concerne un dispositif de protection électrique autodestructeur. Les dispositifs connus de protection électrique des circuits, instruments ou appareils électriques par coupure de leur courant d'alimentation sont nombreux. Les uns sont sous forme d'un fusible qui coupe automatiquement un courant électrique à surveiller le traversant par autodestruction par fusion d'un de ses tronçons sous l'effet d'un excès de chaleur dégagée par effet Joule consécutif à une augmentation de ce courant à surveiller au-delà d'une valeur maximale préétablie.Les autres sont sous forme des contacts à bilame qui coupent un courant électrique à surveiller les traversant, par une séparation de ces contacts sous l'effet d'un changement de la forme géométrique de leur bilame dO à une dilatation inégale des deux faces du corps de ce bilame sous l'effet d'un excès de chaleur dégagée par effet de Joule consécutif à une augmentation de ce courant à surveiller au-delà d'une valeur maximale préétablie. Les troisièmes sont sous forme d'un interrupteur à relais électromagnétique ou d'un disjoncteur différentiel qui coupent un courant électrique à surveiller les traversant, par une séparation de leurs contacts à l'aide de leur système mécanique actionné par leur relais électromagnétique dans lequel est injecté un courant électrique de commande.Les dispositifs sous forme d'un fusible ne fonctionnent pas avec un courant de commande de protection distinct du courant électrique à surveiller. En outre, ces dispositifs sont soit longs à mettre en place soit peu visibles quand ils sont fins et/ou protégés par une enveloppe. Les dispositifs à bilame ont l'inconvénient de rétablir automatiquement un courant après une coupure de celui-ci. Les dispositifs à relais électromagnétique sont des dispositifs coOteux et encombrants. La présente invention ayant pour but d'éviter ces inconvénients, permet de réaliser un disposisitif économique de protection électrique, autodestructeur, à fonctionnement de protection commandé, efficace rapide, à dimensions réduites, facile à monter, et applicable aussi bien dans des circuits électriques des instruments ou appareils industriels coûteux que dans ceux des appareils à grande diffusion et à prix réduit pour le secteur grand public. Selon l'invention, un dispositif de protection électrique est caractérisé en ce qu'il comprend d'une part un substrat électriquement isolant, se brisant sous l'effet d'une surcharge thermique préétablie commandé, et d'autre part deux circuits électriques, formés respectivement sur les deux faces opposées de ce substrat, l'un étant un circuit électrique de conduction ou de puissance, destiné à un passage en continu d'un courant électrique à surveiller, et l'autre étant un circuit électrique de commande de protection destiné à créer par un courant électrique de commande cette surcharge thermique préétablie. Pour mieux faire comprendre l'invention on en décrit ci-après un certain nombre d'exemples de réalisation, illustrés par des dessins ci-annexés dont - la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'un dispositif de protection électrique autodestructeur, réalisé selon l'invention; - la figure 2 représente une vue schématique en perspective d'une première variante de réalisation du dispositif de la figure 1 - la figure 3 représente à une autre échelle, une vue schématique du dispositif de la figure 1, et - la figure 4 représente à une autre échelle, une vue schématique latérale d'un ressort du dispositif de la figure 3. Un dispositif de protection électrique autodestructeur à fonctionnement commandé de protection 1 comprend selon un exemple de réalisation illustré dans la figure 1, d'une part un substrat électriquement isolant 2 constitué par une plaquette en un matériau électriquement isolant d'un type connu tel qu'une céramique qui se brise sous l'effet d'une surcharge thermique commandée, préétablie, et d'autre part deux circuits pelliculaires électriques 3, 4 formés respectivement sur les deux faces opposées de ce substrat 2, à savoir un circuit pelliculaire électrique de conduction ou de puissance 3 présentant une résistivité électrique réduite et destiné à un passage en continu d'un courant électrique à surveiller, et un circuit pelliculaire électrique de commande de protection 4 à grande résistivité électrique formant une résistance électrique chauffante destiné à créer par un courant de commande, cette surcharge thermique préétablie qui provoque un bris ou une rupture du substrat 2. Le substrat en céramique 2 a une forme d'une plaquette et peut comprendre dans la zone centrale de ses faces qui portent des circuits électriques de conduction 3 et de commande 4, un ou plusieurs creux 5 créant dans cette plaquette une zone transversale amincie 6 qui facilite un bris de cette plaquette sous l'effet d'une surcharge thermique préétablie. Les creux 5 peuvent être formés sur l'une des faces ou sur les deux faces opposées du substrat 2. Pour une caractéristique donnée du matériau constituant le substrat 2, les valeurs des surcharges thermiques déterminées par les valeurs des courants de commande de protection envoyés dans le circuit de commande de protection 4 pour provoquer un bris de l'ensemble "substrat 2 et circuits pelliculaires électriques de conduction 3 et de commande 4" sont fonction des dimensions de la zone transversale amincie 6 du substrat 2.Le circuit pelliculaire électrique de conduction ou de puissance, à faible résistivité électrique 3 et le circuit pelliculaire électrique de commande à grande résistivité électrique 4 sont formés, déposés ou plaqués selon une technique connue telle que, sérigraphie avec une encre conductrice ou résistive, galvanoplastie, placage, etc. A cause de leur faible épaisseur le circuit pelliculaire conducteur 3 et le circuit pelliculaire résistif 4 n'opposent au bris du substrat 2 qu'une résistance mécanique négligeable ou insensible. Le circuit pelliculaire électrique de conduction ou de puissance 3 et le circuit pelliculaire électrique de commande comprennent à leurs deux extrémités des organes de connexion électrique rapide sous forme de broches 7, 8 et 9, 10 dont les dimensions et écartements sont standardisés ou conformes aux normes existantes. Dans un exemple d'application, le circuit pelliculaire électrique de conduction ou de puissance 3 d'un dispositif de protection électrique 1 supporte un passage en continu d'un courant électrique alternatif à surveiller de l'ordre de quinze ampères efficaces, - le circuit pelliculaire électrique de commande 4 de ce dispositif crée avec un courant de commande de protection de l'ordre de 400 milliampères efficaces, une surcharge thermique qui provoque un bris ou une rupture du substrat 2, ce courant électrique de commande étant produit sous une tension alternative comprise entre 187 volts et 247 volts environ, et un passage aléatoire et non répétitif d'une demi-alternance d'un courant d'alimentation ne déclenchant pas une rupture de ce substrat 2, - et le substrat 2 supporte sans défaillance ce passage en continu de ce courant électrique à surveiller à travers son circuit pelliculaire de conduction ou de puissance 3, et se brise avec ses circuits pelliculaires 3 et 4 dans un délai inférieur à une seconde après un passage de ce courant électrique de commande à travers son circuit pelliculaire de commande 4, sans entraîneur une formation entre des parties cassées de ce substrat, d'arcs électriques sous une tension électrique alternative de l'ordre de 247 volts. Le passage du-courant à surveiller entraîne un échauffement très faible du substrat 2 sans provoquer sa rupture. Mais le passage d'un courant de commande de protection crée une surcharge thermique qui provoque un bris de ce substrat 2. Dans une première variante de réalisation illustrée dans la figure 2, le substrat 2 comprend d'une part un ressort d'écartement en fil élastique enroulé dont les deux extrémités espacées 12, 13 tendent en permanence à s'éloigner l'une de l'autre, et d'autre part dans son épaisseur deux trous 14, 15 situés sur les deux cotés de sa zone transversale amincie 6 destinés à recevoir les deux extrémités 12 et 13 du ressort en état bandé 11. Lors d'une rupture ou d'un bris de l'ensemble "substrat 2 et circuits pelliculaires de conduction 3 et de commande 4" le ressort bandé 11 se débande et éloigne l'une de l'autre les parties cassées de cet ensemble par ses extrémités 12, 13, ce qui contribue à éliminer tout risque de formation d'arcs électriques entre ces parties cassées.Lorsque l'ensemble "substrat 2 et circuits pelliculaires de conduction 3 et de commande 4" est brisé, le courant électrique à surveiller passant par le circuit pelliculaire de conduction 3 est interrompu jusqu'à un remplacement du dispositif 1 détruit par un autre dispositif de protection 1 qui est en bon état de marche. Le dispositif de protection électrique I est de ce fait autodestructeur mais son fonctionnement de protection est, contrairement à un dispositif de protection sous forme d'un fusible, soumis à une commande par un envoi à travers son circuit pelliculaire de commande 4, d'un courant électrique de commande distinct du courant électrique à surveiller traversant son circuluit pelliculaire de conduction 3.Le dispositif de protection électrique 1 se distingue également d'un disjoncteur de protection électrique à relais électromagnétique par une absence de possibilité de réarmement pour une réutilisation. Dans une deuxième variante de réalisation illustrée dans la figure 3, le substrat 2 comprend un ressort d'écartement 16 sous forme d'une lame pliée en U à large fond et à deux branches 17, 18 évasées vers l'extérieur (figure 4). Le ressort d'écartement 16 est bandé par rapprochement élastique de ses deux branches 17, 18 l'une vers l'autre, puis fixé par ces deux branches aux deux extrémités du substrat 2 par une technique connue, telle que collage, fixation par vis, fixation par agrafage, etc.Dans cette variante de réalisation, lors d'un bris ou une rupture du substrat 2 provoquée par un envoi d'un courant électrique de commande à travers le circuit pelliculaire de commande 4, le ressort bandé 16 se débande et écarte les parties cassées par ses deux branches 17, 18 qui s'éloignent l'une de l'autre pour reprendre leur position de repos. Le risque de formation d'arcs électriques entretenues entre ces parties cassées est ainsi écarté. Dans une troisième variante de réalisation non représentée, le substrat 2 comprend des ressorts d'écartement constitués par des ressorts en spirale dont l'extrémité centrale est fixée à un support et l'extrémité extérieure bandée est engagée dans un des trous correspondant formés dans ce substrat 2 et situés sur les deux côtés de la zone transversale amincie 6 de ce substrat 2. Lors d'une rupture ou d'un bris du substrat 2 provoquée par un envoi d'un courant électrique de commande à travers le circuit pelliculaire de commande 4, les ressorts en spirale éloignent l'une de l'autre les parties cassées de ce substrat 2 et permettent d'éviter tout risque de formation d'arcs électrique entre ces parties cassées. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection électrique, caractérisé en ce qu'il comprend d'une part un substrat (2) électriquement isolant se brisant sous l'effet d'une surcharge thermique préétablie commandée, et d'autre part deux circuits électriques (3, 4) formés respectivement sur les deux faces opposées de ce substrat, l'un étant un circuit électrique de conduction ou de puissance (3), destiné à un passage en continu d'un courant électrique à surveiller, et l'autre étant un circuit électrique de commande de protection (4) destiné à créer par un courant électrique de commande, cette surcharge thermique préétablie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (2) a une forme d'une plaquette. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le substrat (2) comprend dans sa zone centrale de ses faces qui portent les circuits électriques de conduction (3) et de commande (4), un ou plusieurs creux (5), y créant une zone transversale amincie (6). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits électriques de conduction (3) et de commande (4) sont respectivement des circuits électriques sous forme pelliculaire. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les circuits pelliculaires électriques de conduction (3) et de commande (4) sont formés, déposés ou plaqués sur les deux faces opposées du substrat (2) suivant une technique choisie parmi la sérigraphie, la galvanoplastie, le placage. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1, 4 et 5, caractérisé en ce que les circuits pelliculaires électriques de conduction (3) et de commande (4) sont pourvues à leur deux extrémités, d'organes de connexion électrique sous forme de broches (7, 8, 9, 10) à dimensions et écartements standardisés ou normalisés. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat (2) est constitué en une céramique. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'ensemble "substrat (2) et circuits électriques (3, 4P supporte sans défaillance un passage en continu à travers son circuit pelliculaire de conduction (3), d'un courant électrique à surveiller de l'ordre de 15 ampères efficaces. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'ensemble "substrat (2) et circuits électriques (4)" se brise dans un délai inférieur à une seconde après un envoi à travers son circuit pelliculaire électrique de commande (4), d'un courant électrique de commande de l'ordre de quatre cents milliampères. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le substrat (2) comprend d'une part un ressort d'écartement (I1) en fil élastique dont les extrémités espacées (12, 13) tendent en permanence à s'éloigner l'une de l'autre, et d'autre part dans son épaisseur, deux trous (14, 15) situés sur les deux côtés de sa zone transversale amincie (6) et destinés à recevoir les deux extrémités (12, 13) de ce ressort en état bandé (11). 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le substrat (2) comprend d'une part des ressorts en spirale d'écartement, en fil élastique dont l'extrémité centrale est fixée à un support, et d'autre part dans son épaisseur des trous situés sur les deux côtés de sa zone transversale amincie (6) et destinés à recevoir les extrémités extérieures correspondantes de ces ressorts en spirale en état bandé. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le substrat (2) comprend un ressort d'écartement (16) sous forme d'une lame pliée en U à large bande et à branches (17, 18) évasées vers l'extérieur, ces deux branches (17, 18) étant élastiquement rapprochées l'une de l'autre pour être fixées aux deux extrémités de ce substrat (2) et mettre ce ressort (16) en état bandé.