Brevet FR2767961A1 — publié le 19990305

L'invention concerne un fusible à haute tension destiné à être immergé dans un diélectrique liquide, comprenant un boîtier creux s'étendant suivant une direction axiale, une borne de raccordement électrique montée à chacune des deux extrémités du boîtier. un ensemble à une ou plusieurs lames fusibles monté à l'intérieur du boîtier et raccordé électriquement à chaque borne de raccordement électrique, et un matériau d'extinction d'arc électrique remplissant complètement l'intérieur du boîtier. Un tel fusible est déjà connu des documents de brevet US-4146862 et US-3723930. Ce type de fusible est tout particulièrement destiné à être installé dans une cuve de transformateur et plus généralement d'appareillage électrique haute tension remplie d'huile. Ce type de fusible apporte de nombreux avantages, et principalement un gain d'encombrement, une insensibilité aux conditions extérieures et une meilleur sécurité intrinsèque des appareillages électriques. Cependant, un tel fusible haute tension étant relativement volumineux, son installation dans la cuve remplie d'huile d'un transformateur par exemple, exige certaines précautions de montage. En particulier, lorsque le fusible n'a pas fondu, c'est-à-dire lorsqu'il conduit normalement le courant, il est nécessaire que ses deux bornes de raccordement électrique (respectivement avec le bobinage du transformateur et la borne d'alimentation) soient isolées électriquement d'un certain niveau, connu sous le nom anglais de niveau B.l.L. Basic Impulse Level , par rapport aux pièces qui l'entourent et qui sont portées au potentiel de la terre, telles que la paroi de la cuve du transformateur ou le circuit magnétique de celuici. Lorsque le fusible vient d'assurer une coupure, c'est-à-dire lorsqu'il a fondu, ses deux bornes de raccordement électrique doivent rester isolées l'une de l'autre à un niveau généralement inférieur au niveau d'isolation précité mais néanmoins suffisant pour que tout amorçage entre entrée et sortie du courant soit impossible en attendant la mise hors service du transformateur. Généralement, le respect de la contrainte d'isolation entre les bornes d'extrémités du fusible et les parois de la cuve ou autre pièce du transformateur trouve sa solution par le montage d'un tube isolant en carton disposé coaxialement au boîtier du fusible en laissant un espace libre entre la surface intérieure du tube en carton et la surface extérieure du boîtier du fusible, cet espace libre venant se remplir d'huile. Bien que cette solution présente l'avantage d'assurer une isolation avec un encombrement réduit, elle présente l'inconvénient d'augmenter le champ électrique dans l'air en contact avec la ou les lames fusibles et le milieu extincteur d'arc. II en résulte, à la mise sous tension du transformateur, la création de décharges partielles à l'intérieur du fusible et plus particuliérement au niveau des encoches le long des lames fusible qui servent au réglage des durées de fusion de celles-ci. Ces décharges partielles sont susceptibles de provoquer un vieillissement prématuré des lames fusibles. Le but de l'invention est de proposer un fusible à haute tension à faible encombrement protégé contre les décharges partielles. A cet effet, I'invention a pour objet un fusible à haute tension destiné à être immergé dans un diélectrique liquide, comprenant un boîtier creux s'étendant suivant une direction axiale, une borne de raccordement électrique montée à chacune des deux extrémités du boîtier, un ensemble à une ou plusieurs lames fusibles monté à l'intérieur du boîtier et raccordé électriquement à chaque borne de raccordement électrique, et un matériau d'extinction d'arc électrique remplissant complètement l'intérieur du boîtier, caractérisé en ce qu'il comprend deux écrans conducteurs électrique montés coaxialement autour du boîtier en étant juxtaposés l'un par rapport à l'autre suivant la direction axiale et en étant espacés l'un de l'autre d'une certaine distance dans une zone médiane du boîtier, chaque écran étant relié électriquement à une borne de raccordement électrique. Ces deux écrans conducteur électriques sont typiquement réalisés à l'aide de rubans en aluminium disposés dans un tube en carton monté coaxialement autour du boîtier du fusible et forment une sorte de cage de faraday en deux parties pour éviter la création de décharges partielles à l'intérieur du fusible. Un exemple de réalisation du fusible à haute tension selon l'invention est décrit ci-après en détail et illustré par la figure unique qui le montre très schématiquement en coupe axiale. Sur cette figure, le fusible selon l'invention destiné à être immergé dans un diélectrique liquide, comme de l'huile, inclut de façon générale un boîtier tubulaire creux isolant cylindrique en fibres de verre renforcées 1. Ce boîtier est fermé hermétiquement à chacune de ses extrémités par deux capots métalliques 2,2', généralement en cuivre, qui constituent des bornes de raccordement électrique. Un ensemble de coupure constitué d'une ou plusieurs lames fusibles 3 enroulées en hélice autour d'une âme support isolante non représentée est monté à l'intérieur du boîtier et est connecté électriquement aux deux bornes de raccordement électrique 2,2'. Le boîtier 1 est en outre rempli d'un matériau 4 d'extinction d'arc électrique comme des grains de silice. Comme visible sur la figure, le boîtier 1 est monté coaxialement à l'intérieur d'un tube isolant 5, ce tube étant fabriqué par exemple en carton. Par ailleurs, le boîtier 1 est entouré coaxialement par deux écrans conducteurs électrique 6,6' qui sont juxtaposés l'un par rapport à l'autre suivant l'axe A. Ces écrans métalliques tubulaires 6,6' sont constitués par exemple chacun par un enroulement d'un ruban en aluminium et sont reliés électriquement respectivement aux bornes 2,2'. De la sorte on réalise une sorte de cage de Faraday en deux parties autour du fusible ce qui permet d'éliminer tout risque de décharges partielles à l'intérieur du fusible. De préférence, chaque écran est disposé pour entourer la borne de raccordement électrique à laquelle il est relié électriquement car en général ce genre de borne est aussi le siège de décharges partielles. Comme montré sur la figure, les écran 6,6' sont reliés par une connexion filaire 7.7', ou analogue, respectivement aux bornes de raccordement électriques 2,2' de sorte que les écrans métalliques 6,6' sont portés au même potentiel que les lames fusible 3. Chaque écran s'étend approximativement sur une moitié du boîtier et les deux écrans sont espacés axialement d'une certaine distance l'un par rapport à l'autre dans une zone médiane du boîtier. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, deux enroulements de rubans en aluminium sont insérés dans l'épaisseur du tube en carton 5. A noter que la distance d qui sépare l'un de l'autre les deux écrans 6,6' suivant l'axe A doit être assez grande pour éviter tout risque d'amorçage entre les bornes 2 et 2' quand le fusible a fondu mais doit aussi être suffisamment petite pour éviter une pénétration du champ électrique à l'intérieur du fusible évitant ainsi tout risque de décharges partielles quand le fusible conduit le courant. Sur la figure on a représenté la paroi 8 d'une cuve de transformateur dans lequel est monté le fusible selon l'invention. Lorsque le fusible n'est pas fondu, les distances e1,e2 et e3 doivent être optimisées pour assurer la contrainte d'isolation électrique B.l.L. désirée. Enfin, la distance e4 doit être étudiée de telle sorte que les mécanismes de coupure ne puissent pas être perturbés. A titre d'exemple, pour un fusible d'une longueur d'environ 390mm suivant l'axe A et d'un diamètre d'environ 60mm, les distances el à e4 sont respectivement 3mm, 7mm, 10-15mm,5mm et la distance d est d'environ 45mm. REVENDICATIONS 1/ Un fusible à haute tension destiné à être immergé dans un diélectrique liquide, comprenant un boîtier creux (1) s'étendant suivant une direction axiale (A), une borne de raccordement électrique (2,2') montée à chacune des deux extrémités du boîtier, un ensemble à une ou plusieurs lames fusibles (3) monté à l'intérieur du boîtier et raccordé électriquement à chaque borne de raccordement électrique, et un matériau (4) d'extinction d'arc électrique remplissant complètement l'intérieur du boîtier, caractérisé en ce qu'il comprend deux écrans (6,6') conducteurs électrique montés coaxialement autour du boîtier en étant juxtaposés l'un par rapport à l'autre suivant la direction axiale et en étant espacés l'un de l'autre d'une certaine distance dans une zone médiane du boîtier, chaque écran étant relié électriquement à une borne de raccordement électrique. 21 Le fusible selon la revendication 1, dans lequel les écrans (6,6') conducteurs électrique sont insérés dans l'épaisseur d'un tube (5) isolant électriquement entourant coaxialement ledit boîtier. 3/ Le fusible selon la revendication 1, dans lequel les écrans (6,6') sont formés à partir d'un ruban en aluminium. 4/ Le fusible selon les revendications 2 et 3, dans lequel le tube isolant (5) est en carton. 5/ Le fusible selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque écran métallique (6,6') entoure la borne de raccordement électrique (2,2') à laquelle il est relié électriquement.