Brevet FR2767925A1 — publié le 19990305

DETECTEUR DE TEMPERATURE ASSOCIE AUX BORNES DE RACCORDEMENT D'APPAREILS ELECTRIQUES MODULAIRES L'invention est relative à un dispositif de détection d'une élévation anormale de température sur les bornes de raccordement d'appareils électriques disposés côte à côte dans au moins une rangée d'un tableau électrique, cha'que appareil comprenant un boîtier en matériau isolant moulé de forme parallépipédique ayant des alvéoles de logement pour les bornes de raccordement. Les causes d'une élévation anormale de température sur les bornes d'appareils électriques peuvent tre dues soit à un serrage insuffisant des câbles dans les bornes de raccordement, soit à un sous-dimensionnement des câbles selon le calibre de l'appareil et la puissance des récepteurs soit à un sous dimensionnement de fusible, soit à un défaut de fonctionnement interne de l'appareil. Un suréchauffement anormal peut engendrer une fusion locale de la matière plastique du boîtier, et la destruction de ce dernier, avec de plus des risques d'incendie pouvant se propager à l'ensemble du coffret. Le fonctionnement des capteurs de température classiques aboutit à l'intégration de la mesure de température sur la totalité de la zone sensible. De tels capteurs sont incapables de réagir à la valeur crte de température, dont l'extension dimensionnelle est plus petite que la zone sensible du capteur. Il est également connu de faire usage d'un réseau de capteurs unitaires, ayant une zone sensible plus petite que la zone d'élévation de température à détecter. La structure d'un tel capteur est néanmoins complexe et est utilisé dans les caméras thermiques. Il existe également des capteurs à cristaux liquides LCD à changement de couleur en fonction de la température. Tous ces dispositifs sont coûteux, ou ne sont pas adaptés à la surveillance locale et à distance d'un seuil de température critique d'appareils électriques logés dans un coffret. Un premier objet de l'invention consiste à utiliser un détecteur de température simple, fiable, très facile à installer pour surveiller sur une rangée d'appareils électriques le dépassement local d'un seuil de température. Un deuxième objet de l'invention consiste à utiliser un détecteur de température à encombrement compact permettant de localiser avec précision l'endroit du suréchauffement dans une rangée d'appareils électriques. Le dispositif de détection selon l'invention comporte : - un capteur thermique à base d'un matériau métallique à changement d'état solide/ liquide réparti le long de la rangée et se trouvant en bon contact thermique avec le boîtier au voisinage des bornes de raccordement, - et des moyens de connexion du capteur thermique à un circuit de traitement destiné à détecter le changement d'état du matériau métallique en cas de dépassement d'un seuil de température prédéterminé. L'usage d'un fil fusible comme indicateur du seuil de température admissible, est une solution simple et peu coûteuse. La continuité du fil fusible le long de l'ensemble des bornes de raccordement des appareils d'une mme rangée permet une détection en tout endroit de son parcours, et notamment au point chaud de l'anomalie. La transition solide / liquide du fil fusible permet de réaliser la détection par rupture de la continuité électrique du fil, permettant ainsi d'activer une alarme et / ou un relais de commande. L'apparition d'un défaut entraîne alors l'allumage d'un voyant en face avant de l'appareil ou du coffret pour constituer une signalisation locale. I1 est également possible d'obtenir une signalisation à distance par l'intermédiaire du relais de commande. Le relais de commande peut d'autre part provoquer le déclenchement d'un disjoncteur en amont pour la mise hors tension de la rangée d'appareils. Selon une caractéristique de l'invention, le capteur thermique est constitué par un fil fusible enrobé dans un ruban souple en matériau isolant adhésif. Le fil fusible est réalisé en un alliage à bas point de fusion compris entre 90"C et 1500C. Le fil fusible du capteur thermique peut tre constitué par un fil monobrin conformé selon une boucle faisant un aller et retour le long d'une mme face latérale avec une sortie située d'un mme côté du ruban. Il est également possible de mettre en oeuvre le fil fusible du capteur thermique avec une entrée à une extrémité, et une sortie à l'extrémité opposée du ruban, la boucle du fil fusible passant à l'aller sur les bornes d'entrée disposées sur l'un des côtés de la rangée, et au retour sur les bornes de sortie du côté opposé de la rangée. Selon un mode de réalisation préférentiel, le ruban de logement du fil fusible comporte un sandwich ayant un film isolant autocollant, résistant à la température, et une couche superficielle de film isolant translucide de manière à emprisonner le fil fusible à l'intérieur du sandwich. Le film isolant de base comporte sur sa face externe une pellicule de protection pellable pour protéger la face autocollante. L'intérieur du sandwich est équipé éventuellement d'éléments intercalaires de séparation destinés à créer des espaces libres intermédiaires évitant tout risque de soudure entre le brin aller et le brin retour lors de la fusion du fil fusible. 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 perspective d'une rangée d'appareils électriques équipée du détecteur de température selon l'invention, - la figure 2 montre une vue en plan du détecteur de température de la figure 1; - la figure 3 représente une vue identique de la figure l avec une autre disposition du détecteur de température, - la figure 4 est une vue identique de la figure 2 avec le détecteur de la figure 3; - la figure 5 représente le mode de connexion entre le capteur et le circuit de traitement avec la première disposition du détecteur de température. - la figure 6 représente le mode de connexion entre le capteur et le circuit de traitement avec la seconde disposition du détecteur de température. - la figure 7 montre une vue en coupe, à échelle agrandie d'un ruban de fil fusible constituant le détecteur de la figure 1. En référence aux figures 1 et 2, une rangée d'appareils électriques 10 modulaires est logée dans un tableau électrique de distribution. Les appareils 10 peuvent tre constitués par des disjoncteurs, interrupteurs différentiels, contacteurs, télérupteurs, porte-fusibles, etc..., ayant chacun un boîtier en matériau isolant moulé de forme parallépipédique. Les différents boîtiers sont accolés les uns aux autres par leurs grandes faces latérales, tandis que les bornes de raccordement d'entrée 12 et de sortie 14 sont échelonnées le long de la direction longitudinale de la rangée en étant agencée sur les petites faces latérales opposées. Les bornes de raccordement 12, 14 comportent chacune une cage à vis de serrage, les câbles étant introduits dans les cages à travers des orifices ménagés dans les petites faces latérales opposées des appareils. A chaque calibre correspond un câble prédéterminé, et il est indispensable de visser suffisamment la vis de serrage pour obtenir un raccordement électrique fiable. Un serrage insuffisant, un dysfonctionnement de l'appareil, ou un sous-dimensionnement d'un câble peut provoquer une élévation anormale de la température sur la borne de raccordement correspondante. La détection d'une telle anomalie est assurée au moyen d'un capteur thermique réparti 18, constitué par un matériau métallique à changement d'état solide / liquide lorsque le seuil de température autorisé est dépassé. Le capteur thermique 18 est formé à titre d'exemple par un fil fusible 20 enrobé dans un ruban 22 souple isolant et adhésif, destiné à tre collé à plat sur les petites faces latérales supérieures des bornes d'entrée 12, et au-dessus des orifices d'introduction des câbles. Le fil fusible 20 est un fil fin monobrin de quelques dixièmes de millimètres, réalisé en un alliage à bas point de fusion (entre 90" C et 150 OC) constituant une boucle faisant un aller et retour le long de la rangée, avec une sortie 24 située d'un mme côté du ruban 23 en début de la rangée. Sur les figures 3 et 4, le fil fusible 20A du capteur thermique 1 8A possède une entrée 26 d'un côté, et la sortie 28 de l'autre côté du ruban 22A. La boucle du fil fusible 20A passe à l'aller sur les bornes d'entrées 12 disposées sur les faces latérales supérieures des boîtiers, et au retour sur les bornes de sortie 14 du côté inférieur des appareils. Tout dépassement local de température au delà du seuil prévu entraînera par conduction thermique la fusion du fil fusible 20 ou 2OA, et la rupture de continuité électrique de la boucle d'origine. La précision de détection du seuil est définie par la composition de l'alliage, et peut tre choisie dans une gamme de température large avec une précision de l'ordre du degré. Des alliages binaires, ternaires ou quaternaires à base de Plomb, Etain, Bismuth, Cadmium et Indium permettent aisément de réaliser cette fonction par exemple 51,2% d'étain, 30,6% de plomb et 18,2% de calcium fusion à 145"C 41,6% d'étain, 57,4% de bismuth, 1% de plomb fusion à 134"C 55,5% de bismuth, 44,5% de plomb fusion à 124"C 52% d'indium, 48% d'étain fusion à 118"C Le fil fusible 20, 20A est raccordé électriquement à un circuit de traitement 30 destiné à détecter la rupture de continuité de la boucle métallique. La rupture du fil fusible en cas de dépassement du seuil de température provoque l'actionnement d'un dispositif d'alarme 32 renfermant à titre d'exemple un relais de commande, et un voyant de signalisation. Selon un mode de réalisation préférentiel, le fil fusible 20, 20A du capteur thermique 18, 1 8A est relié au circuit de traitement 30 par l'intermédiaire d'un câble bifilaire 44. Le câble 44 est raccordé au circuit de traitement 30 au moyen de bornes de raccordement à vis ou de connecteurs enfichables 42. Le câble 44 est raccordé électriquement au capteur par soudure, ou pincement, et surmoulage de manière à éviter les contraintes mécaniques dans les zones de connexion. Il est aussi possible de relier le capteur via un microconnecteur 46 au câble de liaison afin de faciliter son installation et son remplacement, et de limiter les efforts de traction pouvant tre transmis sur le capteur. Afin de rendre l'installation du capteur encore plus simple, le ruban 22, 22A insérant le fil fusible 20, 20A pourra tre coupé à la longueur utile en fonction de la largeur du coffret et du nombre d'appareils à surveiller. La liaison au câble vers le circuit de traitement 30 est alors réalisé sur place par un connecteur rapide à perforation d'isolant 46. Sur la figure 5, le ruban 22 intégrant le fil fusible 20 à bas point de fusion est constitué par un sandwich comprenant un film isolant 34 de base résistant à la température, par exemple en polyamide, recouvert sur sa surface externe collante d'une pellicule de protection 36 pellable. La face supérieure du film 34 sert de support aux tronçons aller et retour du fil fusible 20, entre lesquels se trouvent des éléments intercalaires 38 de séparation destinés à ménager des espaces libres intermédiaires. Une couche superficielle 40 de film isolant translucide recouvre l'ensemble pour emprisonner le fil fusible 20 à l'intérieur du sandwich. Lors de la fusion du fil fusible, le métal du fil peut se séparer dans les espaces libres de manière à éviter tout risque de soudure entre le fil aller et le fil retour. La transparence de la couche superficielle 40 permet de détecter facilement l'endroit de la coupure, et donc sur quel appareil existe un échauffement dangereux. La localisation du suréchauffement de l'appareil en anomalie peut également tre opéré au moyen d'une peinture thermosensible, laquelle change de couleur à l'endroit de la fusion du fil. Un tel dispositif sert avantageusement d'indicateur de maintenance pour contrôler le serrage des bornes. L'actionnement d'une alarme peut bien entendu tre combiné avec l'émission d'un ordre de déclenchement à distance provoquant la mise hors tension de la rangée d'appareils. Le déclenchement peut intervenir soit sur un disjoncteur placé en amont de la rangée, soit par l'intermédiaire d'un déclencheur auxiliaire MX disposé dans la rangée. 1. Dispositif de détection d'une élévation anormale de température sur les bornes de raccordement d'appareils électriques disposés côte à côte dans au moins une rangée d'un tableau électrique, chaque appareil comprenant un boîtier en matériau isolant moulé de forme parallépipédique ayant des alvéoles de logement pour les bornes de raccordement, caractérisé en ce qu'il comporte - un capteur thermique (18, 18A) à base d'un matériau métallique à changement d'état solide / liquide réparti le long de la rangée, et se trouvant en bon contact thermique avec le boîtier au voisinage des bornes de raccordement (12, 14), - et des moyens de connexion du capteur thermique (18, 18A) à un circuit de traitement (30) destiné à détecter le changement d'état du matériau métallique en cas de dépassement d'un seuil de température prédéterminé. 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur thermique (18, 18A) est constitué par un fil fusible (20, 20A) enrobé dans un ruban (22, 22A) souple en matériau isolant adhésif. 3. Dispositif de détection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fil fusible (20, 20A) est réalisé en un alliage à bas point de fusion compris entre 90"C et 150"C. 4. Dispositif de détection selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le fil fusible (20) du capteur thermique (18) est un fil monobrin conformé selon une boucle faisant un aller et retour le long d'une mme face latérale avec une sortie (24) située d'un mme côté du ruban (22). 5. Dispositif de détection selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le fil fusible (20A) du capteur thermique (18A) possède une entrée (26) à une extrémité, et une sortie (28) à l'extrémité opposée du ruban (22A), la boucle du fil fusible (20A) passant à l'aller sur les bornes d'entrée (12) disposées sur l'un des côtés de la rangée, et au retour sur les bornes de sortie (14) du côté opposé de la rangée. 6. Dispositif de détection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ruban (22) de logement du fil fusible (20) comporte un sandwich ayant un film isolant (34) de base autocollant résistant à la température, et une couche superficielle (40) de film isolant translucide de manière à emprisonner le fil fusible 20 à l'intérieur du sandwich. 7. Dispositif de détection selon la revendication 6, caractérisé en ce que le film isolant (34) de base comporte sur sa face externe une pellicule de protection (36) pellable protÈgeant la face autocollante. 8. Dispositif de détection selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'intérieur du sandwich est équipé d'éléments intercalaires (38) de séparation destinés à créer des espaces libres intermédiaires, évitant tout risque de soudure entre le brin aller et le brin retour lors de la fusion du fil fusible.