Brevet FR2847391A1 — publié le 20040521

La présente invention concerne les dispositifs d'amélioration et d'augmentation de la conductance des connexions électriques et concerne en particulier un dispositif de contact pour améliorer la durée de vie des connexions électriques. Dans le domaine de l'électrotechnique de puissance, les connexions électriques des cuves d'électrolyse ou des fours d'aciérie sont soumises à des courants de haute intensité (I > 1000 A) et à des températures élevées. Il en résulte des pertes électriques importantes pouvant atteindre plusieurs KW par connexion et la perte de rendement qui en découle est un problème majeur. La dégradation de ces connexions est irréversible. En effet, la dégradation des surfaces en contact induit des variations de la densité du courant à travers cette surface. Il s'ensuit des pertes électriques par effet Joule et par la même une augmentation des températures ce qui accélère la dégradation des connexions mais également des conducteurs et peut même entraîner leur fusion. La maintenance des connexions nécessite de les démonter afin de pratiquer un re-surfaçage des zones en contact. Les outils employés pour ces resurfaçages sont en général des disqueuses rotatives. Elles dégradent la planéité totale des surfaces en contact ce qui a pour conséquence de limiter les zones et les points de contact. Les zones de contact étant réduites, les connexions subissent alors des contraintes électriques concentrées sur ces zones et leur dégradation est encore plus rapide. Pour retrouver les surfaces de contact des connexions d'origine, le démontage total des connexions est nécessaire afin de ré-usiner sur machine les surfaces de contact. Mais cette opération est lourde et coteuse. C'est pourquoi le premier but de l'invention est de fournir un dispositif de contact pour connexions électriques afin d'améliorer la conductance électrique de ces connexions et de ralentir la dégradation des surfaces en contact. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif de contact pour améliorer les connexions électriques afin d'augmenter les performances électriques de ces connexions lorsqu'elles sont dans un état de dégradation avancée. Un troisième but de l'invention est de fournir un dispositif de contact pour améliorer les connexions électriques soumises à des courants de haute intensité supérieur à 1000 A, afin d'augmenter les performances électriques de ces connexions. L'objet de l'invention est donc un dispositif de contact pour améliorer la conductance d'une connexion électrique formée par deux conducteurs en contact l'un avec l'autre comprenant essentiellement un élément conducteur intercalaire disposé entre les deux surfaces de contact des deux conducteurs de la connexion. Selon la caractéristique principale de l'invention, l'élément conducteur intercalaire est composé de mousse électriquement conductrice composée d'un ou plusieurs matériaux, de porosité et de déformabilité élevées afin de réduire la résistance électrique de la connexion. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels: La figure la représente de façon microscopique une coupe transversale de la mousse de cuivre, La figure lb représente une plaque de la mousse de cuivre selon un mode de réalisation de l'invention, La figure 2a représente une coupe de la connexion électrique selon l'invention avant le serrage, La figure 2b représente une coupe de la connexion électrique selon l'invention. En référence à la figure 1, l'élément conducteur intercalaire utilisé dans le dispositif selon l'invention est une mousse métallique 10 fabriquée de préférence selon la méthode décrite dans la demande de brevet WO 02/059396, étant entendu que le dispositif selon l'invention ne se limite pas aux mousses métalliques obtenues par le procédé décrit dans ce document. La mousse métallique est préférentiellement une mousse de cuivre. Sa structure est alvéolaire et ses propriétés physiques sont principalement une porosité et une déformabilité élevées et une faible densité de l'ordre de 400g/m2. En comparaison la densité d'une feuille de cuivre de même épaisseur est de l'ordre de kg/m2. Selon la figure la qui illustre de façon microscopique, schématique et non limitative une coupe d'une plaque de mousse de cuivre 10 selon l'invention, la structure alvéolaire de la mousse de cuivre est telle qu'elle est constituée en majeure partie de vide. De ce fait, sa surface comporte une multitude de pointes de contact l de l'ordre du micron dont le nombre atteint 30 pointes par mm2. L'épaisseur de la mousse de cuivre est de l'ordre de 2 mm. Selon un des modes de réalisation de l'invention, cette mousse de cuivre constituant l'élément conducteur intercalaire selon l'invention est découpée à la taille de la surface de contact de la connexion électrique décrite dans la figure 2 et comporte une ouverture 18 pour le passage du boulon de serrage. La mousse de cuivre ainsi découpée comporte deux joints périphériques d'étanchéité 14 et 16. Les joints périphériques d'étanchéité 14 et 16 peuvent être réalisés de différentes façons. Ils peuvent être imprégnés dans la mousse ou bien réalisés par la dépose d'un produit d'étanchéité de type élastomère sur la périphérie. Mais il est également possible de réaliser des joints en repliant les bords de la plaque de mousse au moins une fois sur elle-même ou bien en roulant les bords de la plaque de mousse. Les figures 2a et 2b représentent une connexion électrique selon l'invention. Selon la figure 2a, les conducteurs 21 et 23 sont situés de part et d'autre de la mousse de cuivre 10 de façon à ce que leurs surfaces 22 et 24 entrent en contact avec la mousse de cuivre. Ainsi, la mousse de cuivre constitue un élément intercalaire entre les deux conducteurs de la connexion électrique. Selon la figure 2b, la connexion électrique entre les conducteurs 21 et 23 est réalisée par contact serré grâce à un moyen de serrage tel qu'un boulon de serrage 25 traversant les deux conducteurs par un orifice prévu à cet effet et à travers l'ouverture 18 de la mousse de cuivre 10. Le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour un contact d'une connexion électrique neuve. Dans ce cas, Il améliore l'homogénéité du passage du courant à travers la surface en contact. En effet, dans une connexion électrique représentée par exemple par les deux conducteurs 21 et 23 en contact l'un avec l'autre, le contact est d'autant plus important qu'il se situe à proximité du moyen de serrage ou boulon de serrage 25. Par conséquent, la résistance et donc les pertes électriques de la connexion électrique constituée des conducteurs 21 et 23 en contact est minimale près du moyen de serrage 25 et augmente plus on s'en éloigne. Cette répartition inhomogène du courant favorise une zone de concentration de courant plus élevé et donc une zone davantage sollicitée et donc dégradée plus rapidement. L'apport de l'élément conducteur intercalaire constitué de mousse de cuivre augmente les points de contacts entre les deux conducteurs 21 et 23 et permet donc une répartition homogène du courant sur toute la surface de contact. Grâce à cette répartition homogène, il n'existe pas de zones de concentration de courant donc pas de zones davantage sollicitées et propices à une dégradation plus rapide. Le dispositif selon l'invention peut également être avantageusement utilisé pour un contact d'une connexion électrique dégradée ou déformée. Dans le domaine des cuves d'électrolyse et des fours d'aciérie, les conducteurs et les connexions électriques sont soumis à des courants de haute intensité et à des températures élevées. L'usure des connexions se concrétise principalement par une déformation des surfaces de contact des connexions électriques. Il en résulte des pertes électriques importantes pouvant atteindre plusieurs KW par connexion et des variations du passage de courant à travers ces surfaces en contact. Le ré-usinage des surfaces de contact déformées n'est plus nécessaire grâce à l'apport de mousse de cuivre. On obtient ainsi une amélioration importante des connexions électriques présentant des surfaces de contact 22 et 24 dégradées et déformées, même lorsqu'il s'agit de déformations de l'ordre du millimètre. En effet, la déformabilité de la mousse de cuivre permet à l'ensemble de la mousse 10 d'épouser les contours dégradés des surfaces en contact 22 et 24, tel qu'il est décrit sur l'agrandissement de la figure 2b et ainsi d'augmenter la surface de contact et de répartir la pression exercée grâce au moyen de serrage 25. De plus, les pointes 11 situées à la surface de la mousse de cuivre multiplient les points de contacts. Il en résulte une amélioration des conditions de passage du courant par diminution des pertes électriques. En outre, les pointes il situées à la surface de la mousse de cuivre percent également les couches d'oxyde qui apparaissent à la surface des métaux et donc des conducteurs 21 et 23, tels que l'oxyde de cuivre ou l'alumine pour l'aluminium. Ces couches ont un effet isolant et agissent comme des résistances et induisent donc des pertes électriques. De ce fait, le dispositif selon l'invention permet d'améliorer la conductance électrique d'une connexion usagée et cela même sans la nettoyer au préalable. Le joint d'étanchéité périphérique 14 et 16 permet de réduire la pénétration d'agents extérieurs dégradants dans la connexion en créant une barrière étanche à la périphérie de la connexion. En effet, et en particulier dans le cas des cuves d'électrolyse chlore-soude, les agents dégradants sont généralement des liquides tels que de la soude ou de l'eau de lavage ou bien tout autre produit polluant transporté par l'eau. La mousse de cuivre peut être améliorée par la dépose d'un produit améliorant le transfert thermique et la conductivité électrique. Ainsi, l'utilisation d'une mousse de cuivre argenté comme élément conducteur intercalaire améliore l'efficacité du dispositif selon l'invention. En effet, la chute de potentiel d'une connexion de 1 dm2 formée de deux conducteurs en cuivre est de l'ordre de 50 mV pour un courant d'une intensité de 5000 A. Avec une mousse de cuivre, la chute de potentiel diminue à 26 mV et avec une mousse de cuivre argentée, la chute de potentiel n'est plus que 5 mV pour des conditions de température et de pression identiques dans les trois cas. L'argent est déposé sur la mousse de cuivre par un procédé électrochimique classique ou sous vide. L'utilisation d'un élément conducteur intercalaire composé d'une mousse d'argent est également possible sans sortir du cadre de l'invention. Le dispositif selon l'invention est d'autant plus avantageux, qu'il voit son efficacité augmenter avec la température. En effet, la chute de potentiel d'une connexion de 1 dm2 utilisant le dispositif selon l'invention avec une mousse de cuivre argentée est de l'ordre de quelques mV pour un courant d'une intensité de 5000 A et à la température de 3000C. Cette particularité est due au fait que les pointes il de la mousse métallique (de cuivre, de cuivre argenté ou d'argent) se soudent sous l'effet de la température aux conducteurs 21 et 23 avec lesquels elles sont en contact. Bien que la mousse de métal soit utilisée de préférence pour la mise en oeuvre de l'invention, tout autre mousse conductrice composée d'un ou plusieurs matériaux pourrait être utilisée. Le dispositif selon l'invention présente de nombreux autres avantages. Sa mise en oeuvre est rapide, facile et propre. Il est particulièrement avantageux pour améliorer la conductance des connexions électriques cuivre/cuivre mais également des connexions entre deux conducteurs électriques différents tels que les couples aluminium/cuivre ou acier/aluminium ou acier/cuivre. Par la diminution des pertes électriques qu'il induit, le dispositif selon la présente invention, permet de ralentir la dégradation de l'état de surface des connexions électriques soumises à des courants de haute intensité. Les intérêts économiques de ce dispositif sont la réduction des cots dus à la diminution des pertes électriques et dus à la réduction de la maintenance et de l'entretien. De plus, ces intérêts s'inscrivent dans une politique d'économie d'énergie dictée par des normes environnementales. L'utilisation de la mousse de cuivre selon l'invention est envisageable également pour améliorer la conductance thermique de contact et éviter ainsi des pertes thermiques dus au passage de la chaleur d'un matériau à un autre. En outre, d'autres applications sont envisageables et généralisables aux connexions électriques et au transfert thermique des composants électriques tels que diodes, thyristors, etc.... De même pour améliorer le sertissage des cosses sur les conducteurs aluminium dans le domaine de l'automobile. Par conséquent, l'utilisation de l'invention peut être généralisée aux connexions électriques de faible intensité. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contact pour améliorer la conductance d'une connexion électrique formée par deux conducteurs (21 et 23) en contact l'un avec l'autre comprenant essentiellement un élément conducteur intercalaire disposé entre les deux surfaces de contact (22 et 24) des deux conducteurs (21 et 23) de ladite connexion, ledit élément conducteur intercalaire étant constitué de mousse électriquement conductrice (10) composée d'un ou plusieurs matériaux, de porosité et de déformabilité élevées afin de réduire la résistance électrique de la connexion. 2. Dispositif de contact selon la revendication 1, dans lequel l'intensité du courant est supérieure à 1000 A. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit élément conducteur intercalaire composé d'une mousse électriquement conductrice (10) comporte au moins un joint d'étanchéité périphérique (14 et 16) créant une barrière étanche aux agents extérieurs dégradants à la périphérie dudit élément conducteur intercalaire. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ladite mousse est une mousse de cuivre. 5. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ladite mousse est une mousse de cuivre argenté. 6. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ladite mousse est une mousse d'argent. 7. Dispositif selon la revendication 1 ou,2 dans lequel ledit élément conducteur intercalaire est intercalé entre lesdits conducteurs (21 et 23) dont les surfaces (22 et 24) sont dégradées. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel ledit joint d'étanchéité (14 et 16) est réalisé par dépose d'un produit d'étanchéité de type élastomère sur la périphérie dudit élément conducteur intercalaire. 9. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel ledit joint d'étanchéité (14 et 16) est réalisé par au moins un pliage du bord dudit élément conducteur intercalaire.