Brevet FR2770939A1 — publié le 19990514

I La présente invention concerne le domaine des dispositifs de protection de lignes électriques et/ou d'appareils électriques contre des surtensions temporaires. La présente invention concerne plus précisément encore un dispositif formant parafoudre à forte capacité d'absorption d'énergie. La plupart des dispositifs de protection contre les surtensions jusqu'ici proposés sont formés à base d'une varistance ou d'un éclateur, voire d'une combinaison de ceux-ci. De nos jours seuls les éclateurs sont compatibles avec un encombrement réduit. Cependant après amorçage de l'éclateur, un courant de suite très difficile à éteindre, est souvent généré, surtout après absorption d'une énergie de foudre importante. Différentes solutions ont déjà été proposées pour tenter de remédier à cet inconvénient. Sur ce point on pourra par exemple se référer aux documents: FR-A-2 293 050 qui décrit un dispositif de séparation d'arc comprenant deux cornes équipées en extrémité de chambre d'extinction d'arc sous la forme d'un tube à fentes dont les parois sont réalisées en matériau apte à libérer un gaz pour exercer une action désionisante sur un trajet d'arc, et dans lequel sont placées des électrodes auxiliaires hélicoïdales ou annulaires, FR-A- 676 756 qui décrit un dispositif de protection comprenant deux électrodes maintenues écartées l'une de l'autre au moyen d'une plaque isolante perforée et dans lequel l'interruption d'un courant est assurée au moyen d'au moins un coupe-circuit à fusible, DE-A- 624431 qui décrit un éclateur comprenant deux cornes formées par une alternance de zones électriquement conductrices, par exemple en cuivre, et de zones peu conductrices, par exemple en carbone ou en nickel chrome, US-A-1483540 qui décrit un éclateur comprenant des cornes revêtues d'un oxyde conducteur adapté pour être transformé en un oxyde différent de plus grande résistance électrique, par une élévation de température, DE-A-184505 qui décrit un éclateur comprenant deux cornes dont la base est formée d'un matériau bon conducteur et dont les extrémités sont formées en un matériau plus résistant, DE-A-2 513 242 qui décrit un éclateur comprenant deux cornes équipées d'un boîtier ajouré qui contient un matériau susceptible de vaporisation, US-A-2 608 599 qui décrit un éclateur comprenant deux électrodes réalisées en un matériau susceptible de générer un gaz sous l'effet d'un arc et qui divergent entre elles de sorte que le gaz généré souffle ledit arc, et FR-A-2 503 471 qui décrit un éclateur composé de deux cornes constituées ou enrobées de matières d'extinction d'arcs. Néanmoins aucune de ces solutions connues ne donne totalement satisfaction, notamment sous fort courant. Ainsi il faut en général faire fonctionner les protections de réseau, pour assurer la coupure du courant de suite, ce qui n'est pas bon pour la continuité du service. La présente invention a maintenant pour but de proposer de nouveaux moyens à forte capacité d'absorption d'énergie et adaptés pour permettre une extinction naturelle d'un courant de suite. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un éclateur comprenant deux électrodes portées par des languettes respectives, dans lequel l'une au moins des languettes est réalisée en un matériau déformable de sorte que la distance entre les électrodes soit allongée lors du développement d'un arc entre celles-ci. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, les deux languettes sont réalisées en matériau déformable. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le dispositif comprend des moyens aptes à assurer le passage du courant, en parallèle des languettes, entre des bornes de raccordement et les électrodes, au moins après déformation des languettes. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, il est prévu des moyens d'extinction d'arc en regard de l'intervalle défini entre les deux électrodes. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un dispositif conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention, en position de repos, - la figure 2 représente une vue similaire du même dispositif dans une seconde position, après déformation des languettes support d'électrodes sous l'effet d'un arc, - la figure 3 représente une vue en coupe transversale du même dispositif, - la figure 4 représente une vue en coupe longitudinale d'un dispositif conforme à un second mode de réalisation de la présente invention, en position de repos, - la figure 5 représente une vue en coupe longitudinale d'un dispositif conforme à un troisième mode de réalisation de la présente invention, en position de repos, et - les figures 6 et 7 représentent des vues similaires du même dispositif respectivement dans des positions de travail à faible courant et à fort courant. On aperçoit sur les figures 1 à 3 annexées un éclateur conforme à la présente invention qui comprend un boîtier 100 logeant deux languettes 110 qui portent chacune une électrode 150. Le boîtier 100 peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. De préférence le boîtier 100 est adapté pour permettre une fixation sur un rail support, tel qu'un rail DIN normalisé. A cette fin le boîtier 100 a de préférence une forme généralement parallélépipédique. Plus précisément, le boîtier 100 a de préférence une forme générale aplatie comprenant sur un bord longitudinal 101, une excroissance 102 dont le contour est lui même globalement parallélépipédique. Les deux faces principales du boîtier 100 sont visibles sur la figure 3, sous les références 103 et 104. Le boîtier 100 est avantageusement réalisé en matériau électriquement isolant. De préférence le boîtier 100 est réalisé en, ou revêtu de, matériau auto-extinguible, c'est à dire un matériau apte à générer un gaz favorisant l'extinction de l'arc quand ce matériau est lèché par un arc électrique. Les languettes 110 sont de préférence symétriques par rapport à un plan médian P perpendiculaire aux faces principales 103, 104 et formant lui même plan de symétrie pour l'excroissance 102. Les languettes 110 sont réalisées en matériau électriquement conducteur. Selon le mode de réalisation particulier et non limitatif illustré sur les figures 1 à 3, chaque languette 110 est formé de trois tronçons 112, 114 et 116 globalement rectilignes. Les deux premiers tronçons 112 sont coplanaires et adjacents au second bord longitudinal 105 du boîtier 100, c'est à dire celui opposé à l'excroissance 102. Ils sont adaptés pour servir de raccordement aux lignes ou aux appareillages électriques à protéger. Les seconds tronçons 114 convergent entre eux vers le centre du boîtier 100, à partir de l'extrémité interne des tronçons 112 précités. Enfin les troisièmes tronçons 116 prolongent les seconds tronçons 114 et divergent entre eux, en éloignement desdits seconds tronçons 114. Ces troisièmes tronçons 116 pointent en direction des angles de I'excroissance 102, au repos. A titre d'exemple non limitatif, au repos, les troisièmes tronçons 116 font typiquement entre eux un angle de l'ordre de 60[. Les troisièmes tronçons 116 portent chacun une électrode 150, sur leurs surfaces en regard. Ainsi les électrodes 150 sont inclinées entre elles, en forme de dièdre, au repos. Plus précisément encore, les électrodes 150 divergent entre elles, à partir du point de naissance de l'arc, c'est à dire à partir de leur extrémité proche de l'arrivée du courant. De préférence chaque électrode 150 est formée d'une pastille circulaire fixée sur le troisième tronçon d'une languette 110 par tous moyens appropriés, par exemple par soudure, rivetage (comme illustré sur les figures annexées) ou tous moyens équivalents. Les électrodes 150 doivent bien entendu être réalisées en un matériau électriquement conducteur, résistant à un arc électrique, c'est à dire présentant une bonne tenue lorsqu'il est soumis à un arc électrique. Les électrodes 150 peuvent être réalisées en un matériau à extinction d'arc, comme indiqué précédemment pour le boîtier 100. Selon une variante, un dépôt en matériau à extinction d'arc peut être appliqué directement sur les électrodes 150. Bien entendu la géométrie des languettes 110 et électrodes 150 illustrées sur les figures annexées ne doit en aucune façon être considérée comme limitative. On notera également à l'examen des figures 1 à 3 que l'éclateur comprend en outre deux supports rigides 160 pour les languettes 110. Ceux-ci sont de préférence rectilignes, parallèles entre eux et symétriques par rapport au plan médian P précité. Les supports 160 peuvent également être réalisés en, ou revêtus de, matériau à extinction d'arc. La base des supports 160 est fixée sur le second bord longitudinal du boîtier 100. Leur sommet 162 sert d'appui au second tronçon 114 d'une languette associée 110, au voisinage de la zone de liaison entre les seconds et troisièmes tronçons 114/116. A cette fin le sommet 162 des supports 160 est de préférence oblique par rapport au plan médian P, selon un oblicité qui coïncide avec celle des seconds tronçons 114, au repos. En outre le boîtier 100 illustré sur les figures annexées comprend une cheminée pare-étincelles 170, qui entoure les seconds et troisièmes tronçons 114, 116 ainsi que les électrodes 150 et les supports 160. De préférence cette cheminée 170 est formée de deux parois principales 172, 174 planes, parallèles entre elles, qui prolongent les parois latérales de l'excroissance 102. La cheminée 170 est avantageusement réalisée en, ou revêtue de, matériau à extinction d'arc. Bien entendu les parois 172, 174 sont munies à leur base opposée à l'excroissance 102, de découpes 173 autorisant le passage des seconds tronçons 114 avec liberté de déformation, comme on l'expliquera par la suite. En outre le boîtier 100 comporte des évents 106 conçus pour permettre l'échappement des gaz générés à l'intérieur du boîtier 100 sous l'effet d'un arc électrique. A titre d'exemple non limitatif, de tels évents peuvent être prévus dans les parois latérales de l'excroissance 102, parallèles au plan médian P, et perpendiculaires au plan longitudinal 101. Ainsi, au repos, les deux électrodes 150 sont placées dans l'air. Le fonctionnement du dispositif éclateur qui vient d'être décrit est essentiellement le suivant. En cas de surtension entre les bornes d'une ligne ou d'un appareil à protéger, muni d'un tel dispositif de protection connecté en parallèle, un amorçage se produit entre les électrodes 150. Cet arc est ensuite alimenté par le courant de suite. L'angle formé par les deux électrodes 150 facilite l'étirement de l'arc vers le haut, créé par les forces électrodynamiques, c'est à dire en rapprochement de l'excroissance 102 du boîtier 100. Par conséquent la résistance de l'arc augmente et entraîne une diminution du courant de suite et favorise ainsi son extinction. En outre dans le cadre de la présente invention, les languettes 110 sont avantageusement réalisées en un matériau déformable sous l'effet d'un arc développé entre les électrodes 150. Ainsi les électrodes 150 sont de plus écartées automatiquement lorsqu'un arc électrique apparait entre elles, ce qui favorise encore l'extinction du courant de suite. On aperçoit ainsi à l'examen comparé des figures 1 et 2, que sous l'effet d'un arc électrique développé entre les électrodes 150, l'écartement entre la base des électrodes 150 passe d'une valeur faible el au repos (voir figure 1) à une valeur e2 beaucoup plus élevée lors de l'apparition d'un arc électrique (voir figure 2). Eventuellement la déformation des languettes 110 (écartement lors de l'apparition d'un arc électrique) peut être due aux forces électrodynamiques développées lors de l'apparition d'un tel arc. Le rappel des languettes 110 en position de repos peut être obtenu grâce à l'élasticité intrinsèque des languettes 110 ou encore grâce à des moyens de rappel additionnels élastiques, tels que des ressorts tarés, qui sollicitent les languettes au niveau des seconds tronçons 114, vers leur position de repos illustrée sur la figure 1. Cependant de préférence, les languettes 110 sont déformées en écartement sous l'effet de l'échauffement produit dans les languettes suite au courant traversant celles-ci pour atteindre les électrodes 150. Et par ailleurs les languettes 110 sont de préférence adaptées pour revenir en position de repos, à température ambiante, grâce à leurs propriétés intrinsèques. A cette fin, les languettes 110 peuvent par exemple être formées de bilames sensibles à la chaleur ou de matériau à mémoire de forme. L'utilisation de bilames ou de matériau à mémoire de forme permet d'améliorer la déformation des languettes 110, de la position de repos rapprochée illustrée sur la figure 1, vers une position écartée lors de l'apparition d'un arc électrique illustrée sur la figure 2, avec rappel automatique vers la position de repos lors de la suppression dudit arc. On notera que la déformation des languettes 110 est opérée essentiellement au niveau des seconds tronçons 114 des languettes , comme on le voit à l'examen comparé des figures 1 et 2. Par ailleurs comme on le voit sur les figures annexées, de préférence le boîtier 100 est muni sur sa surface interne, d'un déflecteur de gaz 190 placé en regard de l'intervalle défini entre les deux électrodes 150. Plus précisément ce déflecteur 190 est placé du côté des électrodes 150 vers lequel est poussé l'arc. Ainsi selon le mode de réalisation particulier illustré sur les figures annexées, le déflecteur 190 est placé sur la surface interne de l'excroissance 102. Le déflecteur 190 est réalisé avantageusement en, ou revêtu de, matériau à extinction d'arc. Comme décrit précédemment pour le boîtier 100, les électrodes 150 et les supports 160, un tel matériau à extinction d'arc ne se consume pas mais projette une substance qui favorise l'extinction de l'arc. On a illustré sur la figure 4 une variante de réalisation sur laquelle on retrouve intégralement les moyens précédemment décrits et qui ne se distingue de ce mode de réalisation des figures 1 à 3 que par le fait que selon la figure 4, le dispositif éclateur comporte en outre une tresse en matériau souple électriquement conducteur, placé en parallèle de chaque languette 110. Plus précisément les tresses 200 sont placées entre les premiers tronçons 112 et les troisièmes tronçons 116 des languettes 110. Les tresses 200 peuvent être fixées à ces éléments, avec contact électrique, par tous moyens appropriés, tels que par exemple par soudure ou fixation mécanique. Ainsi en cas de surtension, les tresses 200 assurent directement le passage du courant, à partir du tronçon de raccordement 112, vers les électrodes 150. De telles tresses 200 possèdent une résistance inférieure à celle de l'alliage à mémoire de forme ou bilame composant les languettes 110 et évitent ainsi le passage d'un courant important à travers le matériau déformable des languettes 110 et par conséquent évitent un échauffement important de celles-ci. On a représenté sur les figures 5 à 7 annexées une autre variante de réalisation sur laquelle on retrouve un boîtier 100 qui loge deux supports rigides 160, deux languettes déformables 110 et deux électrodes 150. Le tout est de préférence symétrique par rapport au plan médian P, au repos. Les supports 160 sont réalisés en matériau électriquement conducteur, par exemple en cuivre. Ils participent au passage du courant développant l'arc. Chaque support 160 comprend de préférence quatre tronçons 1602, 1604,1606 et 1608. Les deux premiers tronçons 1602 sont coplanaires et adjacents au second bord longitudinal 105 du boîtier 100, c'est à dire celui opposé à l'excroissance 102. Ils sont adaptés pour servir de raccordement aux lignes ou aux appareillages électriques à protéger. Les seconds tronçons 1604 convergent entre eux vers le centre du boîtier 100, à partir de l'extrémité interne des tronçons 1602 précités. Les troisièmes tronçons 1606 prolongent les seconds tronçons 1604. Ils sont de préférence parallèles entre eux. Enfin les quatrièmes tronçons 1608 sont coplanaires entre eux et logés dans l'excroissance 102. Ils divergent entre eux en éloignement de leur zone de raccordement sur les troisièmes tronçons 1606. Les languettes 110 ont elles la forme générale d'un "L" à deux branches 1100 et 1102. Elles sont placées sur l'intérieur des supports 160. Une première branche 1100 des languettes est plaquée contre la surface extérieure des quatrièmes tronçons 1608. La première branche 1100 des languettes peut être reliée à ce quatrième tronçon par tous moyens appropriés, par exemple par soudure ou par rivetage en 1609. Les secondes branches 1102 s'étendent parallèlement entre elles, entre les deux supports 160. Le dispositif illustré sur les figures 5 à 7 comprend en outre une entretoise 210 en matériau électriquement isolant intercalé entre les deux languettes 110. L'entretoise 210 a avantageusement la forme d'un T. La tête transversale 212 de cette entretoise 210 repose sur la surface externe des languettes 110. L'âme 214 de l'entretoise 210 est disposée entre les languettes 110. Les électrodes 150 sont placées sur les extrémités libres des secondes branches 1102, entre les seconds tronçons 1604. Par ailleurs là encore, les languettes 110 sont réalisées en un matériau déformable lors de l'apparition d'un arc électrique, par exemple sous l'effet des forces électrodynamiques, voire grâce à des propriétés bilame ou à mémoire de forme, avec rappel élastique automatique en position de repos. Le fonctionnement du dispositif illustré sur les figures 5 à 7 est le suivant. Au repos les languettes 110 sont plaquées contre l'entretoise isolante 210. Celle-ci définit ainsi l'intervalle d'air entre les électrodes et donc une tension d'amorçage relativement constante. Lors de l'apparition d'une surtension à faible énergie correspondant à un courant d'amplitude modérée entre les supports 160, un amorçage se produit entre les électrodes 150 et un arc est développé entre celles- ci. Comme on le voit à l'examen comparé des figures 1 et 2, les électrodes 150 sont écartées grâce aux propriétés de déformabilité des languettes 110, pour favoriser l'extinction de l'arc par étirement. Après extinction de l'arc, les languettes 110 ramènent automatiquement les électrodes 150 dans la position de repos illustrée sur la figure 5. Cependant en cas de surtension à forte énergie, et donc de fort courant entre les électrodes 150, les forces électrodynamiques et/ou I'échauffement des languettes 110 sont supérieurs de sorte que la déformation des languettes 110 est plus prononcée. Les électrodes 150 viennent alors reposer sur les tronçons 1604 des supports 160, comme on le voit sur la figure 7. Dans cette position provisoire, les supports 160 assurent le passage du courant vers les électrodes 150, en parallèle des languettes 110. Cette disposition permet de préserver les languettes 110. Les supports 160 jouent alors un rôle comparable à celui des tresses 200 selon le mode de réalisation de la figure 4. On notera par ailleurs que selon le mode de réalisation illustré sur les figures 5 à 7, le déflecteur 190 placé en regard de l'intervalle défini entre les électrodes 150, est formé d'une plaque crénelée. Cette plaque 190 forme ainsi une chicane qui peut procéder essentiellement par effet mécanique, c'est à dire allongement de l'arc, pour participer à l'extinction de celui-ci. Cependant de préférence, la plaque 190 est également réalisée en matériau auto-extinguible, afin de renforcer cet effet d'extinction d'arc. Selon encore une autre variante de réalisation, les moyens placés en regard de l'intervalle défini entre les électrodes 150, pour participer à l'extinction de l'arc, peuvent être formés de moyens magnétiques, par exemple aimant permanent ou bobine électrique, procédant essentiellement par allongement de celui-ci. Les dispositifs éclateurs conformes à la présente invention, permettent de couper des intensités pouvant atteindre de quelques kA à au moins environ 50 kA, de forme 10/350. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif éclateur pour la protection de lignes électriques et/ou d'appareils électriques contre des surtensions temporaires, comprenant deux électrodes (150) portées par des languettes respectives (110), caractérisé par le fait que l'une au moins desdites languettes (110) est réalisée en un matériau déformable de sorte que la distance entre les électrodes (150) soit allongée lors du développement d'un arc entre celles-ci. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux languettes (110) sont réalisées en matériau déformable. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (200; 160) aptes à assurer le passage du courant, en parallèle des languettes (110), entre des bornes de raccordement (112; 1602) et les électrodes (150), au moins après déformation des languettes (110). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'extinction d'arc (190) en regard de l'intervalle défini entre les deux électrodes (150). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le boîtier (100) est réalisé en, ou revêtu de, matériau auto- extinguible. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les électrodes (150) sont inclinées entre elles en forme de dièdre au repos. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les électrodes (150) sont réalisées en, ou revêtues de, un matériau à extinction d'arc. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre deux supports rigides (160) pour les languettes (110) au repos. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les supports (160) sont réalisés en, ou revêtus de, matériau à extinction d'arc. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend une cheminée pare-étincelles (170), qui entoure au moins les électrodes (150). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la cheminée (170) est formée en, ou revêtu de, matériau à extinction d'arc. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que le boîtier (100) comporte des évents (106) conçus pour permettre l'échappement des gaz générés à l'intérieur du boîtier (100) sous l'effet d'un arc électrique. 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que les languettes (110) sont adaptées pour être déformées sous I'effet de forces électrodynamiques développées lors de l'apparition d'un arc. 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que les languettes (110) sont adaptées pour être déformées en écartement sous l'effet de l'échauffement produit dans les languettes (110) suite au courant traversant celles-ci pour atteindre les électrodes (150). 15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que les languettes (110) sont adaptées pour revenir en position de repos, à température ambiante, grâce à leurs propriétés intrinsèques. 16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait que les languettes (110) sont formées de bilames sensibles à la chaleur. 17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que les languettes (110) sont formées de matériau à mémoire de forme. 18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qu'il comprend un déflecteur de gaz (190) placé en regard de l'intervalle défini entre les deux électrodes (150), du côté des électrodes (150) vers lequel est poussé l'arc. 19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé par le fait que le déflecteur (190) est réalisé en, ou revêtu de, matériau à extinction d'arc. 20. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par le fait qu'il comprend une tresse (200) en matériau souple électriquement conducteur, placée en parallèle de chaque languette (110). 21. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé par le fait qu'il comprend une entretoise (210) en matériau électriquement isolant intercalé entre les deux languettes (110). 22. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé par le fait qu'il comprend des supports (160) en matériau électriquement conducteur, disposés sur l'extérieur des languettes (110) et éloignés des électrodes (150) au repos, les languettes (110) étant cependant adaptées pour être plaquées contre les supports (160) lors de l'apparition d'un arc de forte puissance, de sorte que les supports (160) assurent le passage du courant vers les électrodes (150), en parallèle des languettes (110). 23. Dispositif selon l'une des revendications 18 ou 19, caractérisé par le fait que le déflecteur (190) est formé d'une plaque crénelée. 24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé par le fait que la plaque (190) forme une chicane qui procède par effet mécanique, c'est à dire allongement de l'arc, pour participer à l'extinction de celui-ci. 25. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 24, caractérisé par le fait que la plaque (190) est réalisée en, ou revêtue de, matériau auto- extinguible. 26. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 25, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens magnétiques, aimant ou bobine électrique, placés en regard de l'intervalle défini entre les électrodes (150), pour participer à l'extinction de l'arc.