Brevet FR2944134A1 — publié le 20101008

ENVELOPPE ISOLANTE SOUS PRESSION D'UN APPAREIL DE PROTECTION ELECTRIQUE. La présente invention concerne une enveloppe isolante sous pression d'un appareil de protection électrique comprenant au moins une zone dite de fragilité, laquelle zone, en présence d'un arc interne à l'intérieur de ladite enveloppe entraînant une élévation brusque de la pression au dessus d'une certaine valeur à l'intérieur de ladite enveloppe, est apte à créer sous l'effet de cette augmentation de pression, un passage à travers la paroi de l'enveloppe permettant un dégagement dirigé du plasma généré lors du défaut interne. Il est actuellement connu de créer ces zones de fragilité en réalisant des moulures concaves internes ou externes dans la paroi de l'enveloppe, ces moulures étant réalisées lors du moulage de l'enveloppe. Lors de défauts d'arc interne et donc de montées brusques en pression à l'intérieur de l'enveloppe, la paroi de l'enveloppe au niveau de ces moulures cède avant le reste de l'enveloppe, permettant ainsi un dégagement dirigé du plasma et évitant l'explosion de l'enveloppe, laquelle explosion serait préjudiciable aux performances de l'appareil et à la sécurité des personnes. Le problème lié à ce type de réalisation tient en ce que ces moulures réalisées par moulage nécessitant quelques fois des rayons de courbure très faibles, ne sont pas toujours reproductibles en dimension et ne permettent donc pas d'obtenir des caractéristiques d'éclatement constantes. Ceci est du notamment à l'usure des moules, les formes de ceux-ci s'émoussant du fait des charges parfois très abrasives (ex : de la silice). A cela s'ajoute la possibilité d'avoir des bulles, ou d'autres types de défaut au fond des moulures. D'autre part, les formes de moulure possibles obtenues par moulage sont limitées par le principe du moulage lui-même. Tous ces inconvénients rendent parfois difficile de maîtriser la propagation des fissures lors de l'éclatement de ces membranes, qui peuvent parfois conduire à des propagations anarchiques risquant de déchirer partiellement les enveloppes. La présente invention résout ces problèmes et propose une enveloppe isolante d'un appareil de protection électrique permettant d'obtenir des caractéristiques d'éclatement constantes et donc de définir de manière reproductible la zone de pression dans laquelle ladite enveloppe est susceptible de ne pas résister, afin de fiabiliser la fonction de la membrane de sécurité en réduisant les dispersions de ses valeurs d'éclatement. A cet effet, la présente invention a pour objet une enveloppe isolante sous pression d'un appareil de protection électrique du genre précédemment mentionné, cette enveloppe étant caractérisée en ce que cette zone de fragilité est crée par l'intermédiaire d'un insert surmoulé au moins en partie à l'intérieur d'un logement prévu à cet effet dans la paroi de l'enveloppe, ledit insert créant à l'intérieur de ladite paroi une zone mécaniquement faible de manière que ledit insert soit entraîné à libérer ledit passage lors de l'élévation précitée de la pression en présence d'un défaut interne à l'intérieur de l'enveloppe, de manière à permettre le dégagement du plasma. Ceci permet de réduire localement la tenue à l'explosion de l'enveloppe en libérant une ouverture calibrée, ce qui permet de réduire la pression interne. Selon une réalisation particulière, ledit insert est réalisé dans un matériau présentant une résistance mécanique inférieure à celle de la paroi de l'enveloppe etlou présente des zones d'accroche partielle avec la paroi, Selon une réalisation particulière, ledit insert est réalisé par moulage. Selon une caractéristique particulière, ledit insert est monté à l'intérieur de l'enveloppe, est introduit partiellement à l'intérieur de la paroi de ladite enveloppe, et est conformé de manière à générer des concentrations de contraintes dans la paroi de ladite enveloppe. 25 Selon une autre caractéristique, ledit insert présente au moins une partie introduite dans la paroi de l'enveloppe et cette partie présente une extrémité semi-sphérique, dont le rayon de courbure a été choisi de telle manière que ledit insert soit désolidarisé de ladite paroi au-dessus d'une certaine valeur de pression à l'intérieur de l'enveloppe de manière à libérer le passage précité. 30 Selon une autre caractéristique, la forme de l'insert est adaptée en fonction de sa localisation dans l'enveloppe, de telle manière que les limites élastiques des zones20 d'interface dudit insert avec la paroi soient atteintes au même moment pour une surpression donnée. Selon une caractéristique particulière, ledit insert est réalisé en élastomère. Selon une autre caractéristique, ledit insert comporte sur son pourtour extérieur un élément de renforcement destiné à limiter la propagation des fissures à l'extérieur de la zone d'éclatement. Ceci permet de limiter la propagation de la fissure à l'extérieur de la zone d'éclatement. Selon une autre caractéristique, ledit insert comporte des orifices destinés à permettre l'introduction de la matière dont est constituée la paroi de l'enveloppe lors de l'opération de surmoulage, ces parties de matière de la paroi constituant des zones d'accroche avec la paroi. 15 Selon une autre caractéristique, ledit insert est en forme de disque et traverse toute l'épaisseur de la paroi de l'enveloppe. Selon une réalisation particulière, ledit insert est maintenu dans la paroi au moyen de joints 20 circulaires interposés entre le disque et la paroi, les zones d'accroche étant supportées par les joints ou bien inversement le reste de la paroi. Selon une autre réalisation, ce disque comporte une rainure circulaire destinée à recevoir une collerette appartenant à la paroi, ladite collerette étant revêtue d'un matériau adhérent 25 avec le matériau du disque, le reste de la paroi ne l'étant pas. Selon une caractéristique particulière, ledit insert est réalisé en élastomère ou en une cire, ladite cire étant fusible et étant destinée à fondre lors de l'étape de post-recuit faisant partie du cycle de la fabrication de l'enveloppe. 10 30 Selon une autre caractéristique, les formes de cet insert sont choisies de telle manière que le sens de propagation de la fissure en cas de surpression, se dirige vers le centre dudit insert et non sur les parois de l'enveloppe. La présente invention a encore pour objet un appareil électrique comportant une enveloppe comportant les caractéristiques précédemment mentionnées prises seules ou en combinaison. Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux dans la 10 description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels : - La figure 1 est une vue partielle en coupe axiale d'une enveloppe isolante selon une première réalisation de l'invention, 15 - La figure la est une vue en perspective de l'insert selon la figure 1, - La figure 2 illustre trois formes possibles d'insert vus de face, 20 -Les figures 3 à 14 sont des vues partielles illustrant en coupe, douze autres réalisations possibles d'un insert selon l'invention, Sur la figure 1, on voit une enveloppe isolante E sous pression appartenant à un interrupteur électrique et équipée d'un insert 1 destiné à constituer conformément à une 25 réalisation particulière de l'invention, une zone de fragilité apte à céder avant l'enveloppe elle-même lors de défauts d'arc interne créant des montées brusques en pression à l'intérieur de l'enveloppe. Selon cette réalisation particulière, cet insert 1 est réalisé en élastomère et est surmoulé dans la paroi 3 de l'enveloppe E. Cet insert 1 présente vu de face suivant la flèche F (fig.l), 30 et tel qu'illustré sur les figures la et 2, une forme circulaire et, en coupe suivant un plan axial de l'enveloppe, une forme en U, tel qu'illustré sur les figures 1 et 3. Cet insert s'étend à l'intérieur de la paroi de l'enveloppe sur environ les deux tiers de l'épaisseur de ladite paroi de l'enveloppe, sa plus grande dimension s'étendant perpendiculairement à la paroi de l'enveloppe. Dans le cas où cet insert est réalisé en élastomère, celui-ci ne présente pas d'adhérisation avec la paroi et ne présente aucune résistance mécanique, ce qui, en combinaison avec les formes générant des concentrations de contraintes, crée la zone de fragilité. Sur la figure 2, sont représentées de manière schématique trois formes de réalisations possibles différentes d'inserts vus de face. Sur les figures 3 à 14, sont représentées différentes formes possibles d'inserts vus en coupe suivant un plan axial de l'enveloppe. Ainsi, sur la figure 2, il apparaît que l'insert peut présenter une section circulaire a, une section en forme d'ellipse b ou une section en forme d'ellipse rétrécie dans sa partie centrale c, mais ces exemples ne sont pas limitatifs. Sur la figure 3, l'insert présente en coupe suivant un plan axial de l'enveloppe une forme en U. Sur les figures 4 et 5, l'insert présente une forme de flèche et sur les figures 6 et 7 une forme de cône. Dans toutes ces réalisations, l'extrémité 4 de la partie 5 de l'insert introduite dans la paroi 3 est de forme semi-sphérique. Le rayon R de cette partie semisphérique est adapté à la forme de l'insert de manière que les contraintes exercées au regard dudit insert, en cas de surpression dans l'enveloppe, soient les mêmes partout, ceci afin que les valeurs de limite élastique soient atteintes simultanément sur tout le pourtour de la pièce. Sur la figure 8, l'insert 6 est de forme circulaire et la partie 7 de l'insert 6 introduite dans la paroi 3 de l'enveloppe E présente une forme conique, cette forme permettant d'orienter la fissuration de la paroi suivant l'inclinaison de la partie conique. Selon la réalisation de la figure 9, l'enveloppe est équipée d'un insert circulaire 8 comportant un élément de renforcement 9 sur son pourtour externe. Cet élément de renforcement 9 peut être métallique ou isolant et doit présenter de bonnes caractéristiques mécaniques. Il permet de renforcer la paroi au niveau de l'emplacement de l'insert 8. Son but est essentiellement d'éliminer les fissurations parasites s'étendant perpendiculairement à la ligne de fragilité. Ainsi, cet élément peut s'étendre, soit du côté interne, soit du côté externe de la membrane d'éclatement. Cet insert peut même être partiellement ou complètement surmoulé. Sur la figure 10, l'enveloppe est équipée d'un insert circulaire 10, la partie 11 dudit insert 10 introduite dans la paroi de l'enveloppe étant d'épaisseur réduite. Cette partie introduite comporte des orifices 12 destinés à permettre l'introduction de la matière dont est constituée la paroi 3. Dans cette réalisation, l'insert ne doit que très peu adhériser avec le matériau dont est constituée la paroi de l'enveloppe afin de faciliter une extraction dudit insert par cisaillement. Il peut à cet effet comporter ou être fait d'un matériau anti-adhérant ou étant revêtu d'un vernis de ce type (ex : téflon ...) Sur les figures 11 à 14, l'insert 13 est en forme de disque et traverse toute l'épaisseur de la paroi 3 de l'enveloppe. Ce disque est avantageusement surmoulé dans l'enveloppe et peut être du même matériau que celui de la paroi de l'enveloppe ou d'un matériau différent. Il est maintenu dans la paroi au moyen de joints en silicone 14 et présente une adhérisation faible avec le matériau dont est constituée la paroi, les joints n'adhérant pas à la paroi. On pourrait également choisir de prévoir que le disque ne présente aucune adhérisation avec la paroi et que ce soient les joints, qui présentent une certaine adhérisation avec la paroi et le disque et constituent en conséquence des zones d'accroche avec la paroi et le disque. Ces joints sont alors réalisés en un matériau rendu chimiquement compatible avec la résine de l'enveloppe, de manière à garantir son adhérisation. Selon une autre réalisation illustrée sur la figure 12, l'insert 15 est en forme de disque traversant toute l'épaisseur de la paroi, et présente en coupe une forme conique. Ce disque est maintenu dans la paroi par l'intermédiaire d'une collerette 16 solidaire de la paroi s'étendant parallèlement à la paroi de l'enveloppe, ladite collerette 16 étant obtenue par moulage, étant destinée à être introduite dans une rainure 17 s'étendant sur tout le pourtour du disque et étant adhérisée audit disque, le reste des surfaces en regard entre la paroi 3 et le disque 15 ne l'étant pas. Sur les figures 13 et 14, l'insert 18 est solidarisé à la paroi de l'enveloppe au moyen d'un joint 19, lequel joint adhérise faiblement à la paroi 3 de l'enveloppe et à celle du disque. Avantageusement, cet insert est réalisé par moulage (injection ou autre), ce procédé présentant l'intérêt d'être répétitif, c'est-à-dire qu'il permet de réaliser des pièces de formes constantes. Un intérêt du choix du surmoulage est qu'il permet de créer des formes impossibles à obtenir par moulage de l'enveloppe, par exemple de créer un joint en élastomère possédant différents profils et angles vifs, si besoin un joint bi-matière comprenant une âme plus rigide. La fixation de l'insert dans le moule pourra être réalisée de différentes manières par exemple en prévoyant des languettes de positionnement 20 tel qu'illustré sur la figure 1. Ce pourrait également être un joint en matériau mou résistant aux températures de gélification des procédés d'obtention des enveloppes. On pourrait même imaginer un insert comportant un joint fusible pour des températures correspondant aux températures de recuit des enveloppes, de sorte que ce joint aurait disparu après la fabrication de l'enveloppe. En fonctionnement, et concernant les réalisations illustrées sur les figures 3 à 9, une élévation de la pression à l'intérieur de l'enceinte crée une concentration de contraintes au fond des logements 21 recevant les inserts, ce qui entraîne l'extraction ou pas desdits inserts, selon que l'insert est monté à l'intérieur ou à l'extérieur de l'enveloppe, de leur logement associé 21, puis la rupture de la partie 22 de paroi restante en regard dudit logement de manière à libérer le passage. Le plasma généré lors du défaut interne peut alors s'écouler à travers l'orifice ainsi créé. On notera que l'insert est constitué de manière à conserver les caractéristiques diélectriques de l'enveloppe. Ceci représente un autre avantage par rapport aux solutions classiques de moulures et affaiblissant donc l'isolation de la paroi (surtout dans le cas de paroi épaisse comportant sur leur face externe un blindage électrostatique à la masse). Concernant la réalisation illustrée sur la figure 10, une surpression entraîne une extraction de l'insert 10 par cisaillement de la matière, puis rupture de la partie de paroi restante 23 qui peut être très réduite et n'existe que pour des raisons d'étanchéité, et échappement du plasma généré lors du défaut interne. Concernant les réalisations illustrées sur les figures 11 à 14, une surpression au-dessus d'une certaine valeur entraîne l'extraction du disque 13,15,18 du logement 24 associé, de manière à libérer complètement l'orifice. On notera que la forme de l'insert sera adaptée en fonction de la localisation de l'insert dans l'enveloppe de manière à atteindre au même moment (donc pour une surpression donnée) les limites élastiques des zones d'interface de cette pièce avec la paroi, ceci afin d'obtenir simultanément la fissuration de l'enveloppe sur tout le pourtour dudit insert. De même, il sera préférable d'avoir des inserts présentant une certaine symétrie. On a donc réalisé grâce à l'invention une enveloppe isolante appartenant à un appareil de protection électrique tel un interrupteur ou un disjoncteur, dans laquelle a été crée au moins une zone de fragilité par l'intermédiaire d'au moins un insert surmoulé à cet effet dans la paroi de l'enveloppe. Cet insert constitue une zone mécanique faible par le fait qu'il est constitué par un matériau présentant une résistance mécanique inférieure à celle de la paroi et/ ou présentant des zones d'accroche partielles avec la paroi. Ledit insert est apte à libérer un passage de l'enveloppe lors d'une élévation de la pression en présence d'un défaut interne de manière à permettre l'évacuation du plasma. Les zones de fragilité selon l'invention sont reproductibles en caractéristiques d'éclatement, ce qui permet de régler assez précisément la zone de pression dans laquelle la membrane de sécurité constituée par l'insert, est susceptible d'exploser. L'invention s'applique particulièrement aux enveloppes isolantes sous pression d'un interrupteur moyenne tension isolé au gaz, et s'applique de manière générale à tout appareil de contrôle, de protection, ou de commande possédant des enveloppes étanches contenant un gaz d'isolation et/ou de coupure sous pression ou en équilibre avec l'atmosphère.. Ce dispositif permet d'accroître la sécurité des opérateurs en cas d'arc interne survenant dans l'enveloppe, suite à un défaut d'isolement ou à une coupure qui n'a pas eu lieu. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.30 REVENDICATIONS1. Enveloppe isolante sous pression d'un appareil de protection électrique comprenant au moins une zone dite de fragilité, laquelle zone, en présence d'un arc interne à l'intérieur de ladite enveloppe entraînant une élévation brusque de la pression au dessus d'une certaine valeur à l'intérieur de ladite enveloppe, est apte à créer sous l'effet de cette augmentation de pression, un passage à travers la paroi de l'enveloppe permettant un dégagement dirigé du plasma généré lors du défaut interne, caractérisée en ce que cette zone de fragilité est crée par l'intermédiaire d'un insert surmoulé au moins en partie à l'intérieur d'un logement prévu à cet effet dans la paroi de l'enveloppe, ledit insert créant à l'intérieur de la paroi une zone mécaniquement faible, de manière que ledit insert (1,2,6,8,10,13,15,18) soit entraîné à libérer ledit passage lors de l'élévation précitée de la pression en présence d'un défaut interne à l'intérieur de l'enveloppe, de manière à permettre le dégagement du plasma. 2. Enveloppe isolante selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit insert est réalisé dans un matériau présentant une résistance mécanique inférieure à celle de la paroi de l'enveloppe et/ou présente des zones d'accroche partielle avec la paroi. 3. Enveloppe isolante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit insert est réalisé par moulage. 4. Enveloppe isolante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit insert est monté à l'intérieur de l'enveloppe E, est introduit partiellement à l'intérieur de la paroi (3) de ladite enveloppe, et est conformé de manière à générer des concentrations de contraintes dans la paroi de ladite enveloppe. 5. Enveloppe isolante selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit insert (1,2,6,8,10,13,15,18) présente au moins une partie (5) introduite dans la paroi (3) de 9 30l'enveloppe E et en ce que cette partie (5) présente une extrémité (4) semi-sphérique, dont le rayon de courbure R a été choisi de telle manière que ledit insert soit désolidarisé de ladite paroi au-dessus d'une certaine valeur de pression à l'intérieur de l'enveloppe E de manière à libérer le passage précité. 6. Enveloppe isolante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la forme de l'insert est adaptée en fonction de sa localisation dans l'enveloppe, de telle manière que les limites élastiques des zones d'interface dudit insert avec la paroi soient atteintes au même moment pour une surpression donnée. 7. Enveloppe isolante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit insert est réalisé en élastomère. 8. Enveloppe isolante selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 caractérisée en ce que ledit insert (8) comporte sur son pourtour extérieur un élément de renforcement (9) destiné à limiter la propagation des fissures à l'extérieur de la zone d'éclatement. 9. Enveloppe isolante selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisée en ce que ledit insert (10) comporte des orifices (12) destinés à permettre l'introduction de la matière dont est constituée la paroi (3) de l'enveloppe E lors de l'opération de surmoulage, ces parties de matière de la paroi constituant des zones d'accroche avec la paroi. 25 10. Enveloppe isolante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit insert (10) est en forme de disque et traverse toute l'épaisseur de la paroi (3) de l'enveloppe E. 11. Enveloppe isolante selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit insert est 30 maintenu dans la paroi au moyen de joints circulaires interposés entre le disque et la paroi, les zones d'accroche étant supportées par les joints ou bien inversement le reste de la paroi. 10 5 15 12. Enveloppe isolante selon la revendication 10, caractérisée en ce que le disque comporte une rainure circulaire destinée à recevoir une collerette appartenant à la paroi, ladite collerette étant revêtue d'un matériau adhérent avec le matériau du disque, le reste de la paroi ne l'étant pas. 13. Enveloppe isolante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit insert est réalisé en une cire, ladite cire étant fusible et étant destinée à fondre lors de l'étape de post-recuit faisant partie du cycle de la fabrication de l'enveloppe. 14. Enveloppe isolante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les formes de cet insert sont choisies de telle manière que le sens de propagation de la fissure en cas de surpression, se dirige vers le centre dudit insert (1,2,6,8,10,13,15,18) et non sur les parois de l'enveloppe. 15. Appareil de protection électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe isolante selon l'une quelconque des revendications précédentes. 20 25 30