Brevet FR2958073A1 — publié le 20110930

FUSIBLE ET INTERRUPTEUR COMBINE COMPRENANT UN TEL FUSIBLE La présente invention concerne un fusible comprenant un barreau isolant et au moins une lame fusible enroulée sur ce barreau. L'invention concerne également un interrupteur combiné comprenant au moins un tel fusible. Le domaine de l'invention est celui des fusibles haute tension équipant les interrupteurs combinés. En particulier, l'invention concerne un fusible à haute tension destiné à protéger les câbles et les transformateurs de distribution MT/BT (moyenne tension/basse tension). Le fusible peut assurer cette protection à lui seul, ou en étant associé à un interrupteur combiné. Dans ce cas, il est muni d'un percuteur qui provoque l'ouverture automatique de l'interrupteur suite au fonctionnement du fusible. L'association des deux appareils, fusible et interrupteur, est caractérisée par un courant de transition, pour lequel ils échangent la fonction de coupure : au-dessus de cette valeur, le courant n'est interrompu que par les fusibles, au-dessous il est interrompu sur une phase par le premier fusible qui fond, et par l'interrupteur sur les deux autres phases. Avantageusement, le fusible doit présenter une réponse rapide, en se coupant lorsque le courant augmente au-delà d'une valeur prédéterminée. En cas de surintensité ou de court-circuit, le fusible se coupe par fusion des éléments fusibles, d'autant plus rapidement que la surintensité est importante. Un composant essentiel du fusible est donc l'élément fusible, qui de manière classique vient s'enrouler sur un barreau isolant disposé dans le corps du fusible. L'élément fusible subit une élévation de température proportionnelle à l'intensité du courant qui le traverse. En fonctionnement normal, la température de l'élément fusible est inférieure à sa température de fusion et le courant circule normalement. En cas de surintensité, la température de l'élément fusible dépasse la température de fusion en un ou plusieurs points de l'élément fusible, qui fond au moins partiellement, et la circulation du courant est coupée. US-A-2007/0159291 décrit un fusible, avec un ou plusieurs éléments fusibles agencés sur un barreau central isolant. Chaque élément fusible inclut une portion principale et une pluralité de sections réduites agencées en série sur toute sa longueur. Ces sections réduites offrent une résistance plus importante que les portions principales au passage du courant, leur température augmente donc jusqu'à la fusion lorsque l'intensité du courant atteint une valeur suffisante. Cependant, la réponse du fusible n'est pas toujours satisfaisante à certaines intensités critiques, pour lesquelles le temps de coupure est trop lent. Le but de la présente invention est de proposer un fusible ayant une réponse plus rapide, notamment pour des courants voisins du courant de transition lorsqu'il est associé à un interrupteur. A cet effet, l'invention a pour objet un fusible comprenant un corps tubulaire, au moins un barreau isolant agencé dans le corps tubulaire selon un axe longitudinal du corps tubulaire, et au moins une lame fusible d'épaisseur constante, agencée sur le barreau et s'étendant entre les extrémités longitudinales du fusible, la lame comprenant des segments de largeur maximale et plusieurs sections réduites agencées le long de sa direction longitudinale, chaque section réduite ayant une géométrie définie par sa largeur minimale et sa longueur. Ce fusible est caractérisé en ce que les sections réduites sont au moins de deux types différents et comprennent au moins une section réduite d'un premier type, qui présente une première largeur minimale, et au moins une section réduite d'un deuxième type, qui présente une deuxième largeur minimale différente de la première largeur minimale. Ainsi, un élément fusible comprenant des zones de sections réduites de différents types, ayant des largeurs minimales différentes, et agencées selon sa direction longitudinale, permet de réaliser un fusible présentant une réponse améliorée, rapide quelle que soit l'intensité pour laquelle le fusible nécessite d'être coupé. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, prises isolément ou en combinaison : - la largeur minimale d'une section réduite du premier type est inférieure à la largeur minimale d'une section réduite du deuxième type, avec le rapport de la deuxième largeur minimale sur la première largeur minimale compris entre 1,1 et 1,4 ; - chaque section réduite du premier type inclut au moins un évidement dont le bord est en arc de cercle ; - chaque section réduite du deuxième type inclut au moins un évidement de forme sensiblement rectangulaire ; - la longueur d'une section réduite du premier type est inférieure à la longueur d'une section réduite du deuxième type ; - la lame comprend au moins une section réduite d'un troisième type, présentant une troisième largeur minimale différente de celles des sections réduites des premier et deuxième types, avec le rapport de la troisième largeur minimale sur la première largeur minimale compris entre 1,1 et 1,4 ; - la section réduite du troisième type inclut au moins un évidement de forme sensiblement rectangulaire ; - la largeur minimale d'une section réduite du deuxième type est inférieure ou égale à la largeur minimale d'une section réduite du troisième type, et la longueur d'une section réduite du deuxième type est inférieure ou égale à la longueur d'une section réduite du troisième type, les longueurs ne pouvant être égales dans le cas où les largeurs sont égales, avec le rapport de la troisième largeur minimale sur la deuxième largeur minimale compris entre 1 et 1,4 ; - la lame comprend un plus grand nombre de sections réduites du premier type que de sections réduites du deuxième type, et le cas échéant un plus grand nombre de sections réduites du deuxième type que de sections réduites du troisième type. L'invention a également pour objet un interrupteur combiné comprenant au moins un fusible tel que mentionné ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un fusible conforme à l'invention ; - la figure 2 est une coupe du fusible dans le plan Il de la figure 1 ; - la figure 3 est une coupe du fusible dans le plan III de la figure 2, avec une partie de son barreau central en vue extérieure ; - la figure 4 est une vue en élévation d'un élément fusible équipant le fusible des figures 1 à 3 ; - les figures 5 et 6 sont des vues à plus grande échelle des détails V et VI à la figure 4 ; et les figures 7, 8, 9 et 10 sont des vues en élévation et de détails analogues aux figures 4 à 6 pour un second mode de réalisation d'un élément fusible équipant un fusible conforme à l'invention. Sur les figures 1, 2 et 3 est représenté un fusible 1 conforme à l'invention. La figure 1 est une vue d'ensemble du fusible 1. Les figures 2 et 3 montrent le fusible 1, respectivement en coupe transversale et en coupe longitudinale. Le fusible 1 comprend un corps de fusible 2 sensiblement tubulaire, définissant un axe longitudinal X-X'. Le corps 2 est en matériau isolant, de préférence en porcelaine. A chacune des extrémités longitudinales 1 a ou lb du fusible 1 est agencée une capsule 3a ou 3b, apte à conduire le courant électrique, et réalisée de préférence en métal. L'une des capsules 3a ou 3b peut inclure un ensemble percuteur 9 muni d'un ressort 91. A l'intérieur du corps 2 tubulaire est agencé un barreau central 4, qui s'étend entre les deux extrémités 1 a et 1 b du fusible, parallèlement à l'axe X-X'. Le barreau 4 est en matériau isolant, de préférence en céramique. Comme visible sur la figure 2, le barreau 4 a une section transversale en étoile à six branches. Lorsque le barreau 4 est positionné à l'intérieur du corps 2, son axe central et longitudinal X4 coïncide avec l'axe X-X'. Le volume intermédiaire 8 entre le barreau 4 et le corps 2 du fusible 1 est rempli de sable, non représenté. En variante non représentée, le fusible 1 peut comprendre deux barreaux concentriques agencés dans le corps 2. Entre chaque capsule 3a et 3b et le barreau 4 est positionnée une pièce de contact électriquement conductrice, respectivement 6a et 6b, de préférence en matériau métallique. Les pièces de contact 6a et 6b comprennent chacune six ergots 61a et 61b, qui s'étendent radialement en direction du corps 2 et permettent de connecter les éléments fusibles. Les pièces de contact 6a et 6b comprennent également des éléments de positionnement 62a et 62b, qui permettent un alignement correct avec le barreau 4, et des pattes de contact électrique 63a et 63b. Chaque pièce de contact 6a et 6b est liée au barreau 4 par un élément de fixation, respectivement 71a et 71b. Le barreau 4 comprend un orifice central traversant 41 de forme sensiblement circulaire, dans lequel vient se loger un fil fusible spiralé 22, également appelé fil percuteur. Du côté orienté vers l'extrémité 1a du fusible 1, le fil percuteur 22 est connecté à l'ensemble percuteur 9 par un tube métallique 23 qui comprend notamment des zones de sertissage pour le maintien du fil percuteur 22. Du côté orienté vers l'extrémité 1 b du fusible 1, le fil percuteur 22 est connecté à l'une des pattes de contact 63b. Lorsqu'une surintensité provoque la fusion du fusible 1, la partie mobile de l'ensemble percuteur 9 est libérée et actionne le mécanisme de l'interrupteur et/ou permet de signaler l'état du fusible. Un élément fusible conducteur 110 est enroulé en spirale autour du barreau 4, entre les deux pièces de contact 6a et 6b. En pratique, l'élément fusible 110 est une lame fusible, en argent (Ag). Sur la figure 3, une partie centrale du barreau 4 est représentée en vue extérieure, afin de montrer l'enroulement de la lame 110 sur le barreau 4. Les extrémités de la lame 110 sont connectées aux ergots 61a et 61b des pièces de contact 6a et 6b, qui sont elles-mêmes connectées aux capsules respectives 3a et 3b. Les liaisons entre pièces conductrices sont effectuées par soudage, ou tout autre moyen connu. La lame fusible présente une épaisseur el 10 constante, cette épaisseur étant mesurée perpendiculairement au plan des figures 4 à 6, c'est-à-dire selon une direction radiale par rapport à l'axe X-X' en configuration enroulée de la lame 110 sur le barreau 4. On note X110 un axe longitudinal de la lame 110, cet axe étant rectiligne dans la configuration des figures 4 à 6 et en spirale dans la configuration de la figure 3. La lame 110 a une largeur maximale 1110, mesurée perpendiculairement à son épaisseur el 10 et à l'axe X110, au niveau de plusieurs segments 111 répartis sur la longueur de la lame 110. Les segments 111 sont séparés par des sections réduites 112 et 113 de deux types différents. Les sections réduites 112 et 113 sont régulièrement espacées le long de la lame 110, selon son axe longitudinal X110. Comme visible sur la figure 5, chaque section 112 du premier type présente deux évidements 112a et 112b dont le bord est en arc de cercle, opposés symétriquement par rapport à l'axe X110. Comme visible sur la figure 6, chaque section 113 du deuxième type présente deux évidements 113a et 113b, chacun de forme sensiblement rectangulaire, opposés symétriquement par rapport à l'axe X110. Dans ce qui suit, une longueur d'une partie de la lame fusible est mesurée parallèlement à son axe longitudinal. Les évidements 113a et 113b présentent une longueur L113 supérieure à la longueur L112 des évidements 112a et 112b. La largeur minimale 1113 de la bande 110 au niveau d'une section réduite 113 du deuxième type est supérieure à la largeur minimale 1112 au niveau d'une section réduite 112 du premier type. De façon plus précise, le rapport de ces largeurs X113 est compris entre 1,1 et 1,4. X112 En pratique, les sections réduites 112 du premier type sont plus nombreuses que les sections réduites 113 du second type. Par exemple, comme visible sur la figure 4, la lame 110 comprend une succession de huit sections 112, puis une section 113, et ainsi de suite. Entre les sections réduites 112 et 113, on retrouve les segments 111 de largeur maximale 1110. Sur les figures 7, 8, 9 et 10 est représenté un second mode de réalisation d'une lame fusible 210 qui peut équiper un fusible selon l'invention. La lame fusible 210 présente une épaisseur constante, cette épaisseur étant mesurée perpendiculairement au plan des figures 7 à 10, c'est-à-dire selon une direction radiale par rapport à l'axe X-X' en configuration enroulée de la lame 210 sur le barreau 4. On note X210 un axe longitudinal de la lame 210, cet axe étant rectiligne dans la configuration des figures 7 à 10 et en spirale dans une configuration similaire à celle de la figure 3. La lame 210 a une largeur maximale 1210, mesurée perpendiculairement à son épaisseur et à l'axe X210, au niveau de plusieurs segments 211 répartis sur la longueur de la lame 210. Les segments 211 sont séparés par des sections réduites 212, 213 et 214 de trois types différents, qui sont régulièrement espacées le long de la lame 210, selon son axe longitudinal X210. Comme visible sur la figure 8, chaque section 212 du premier type présente deux évidements 212a et 212b dont le bord est en arc de cercle, opposés symétriquement par rapport à l'axe X210. Comme visible sur la figure 9, chaque section 213 du deuxième type présente deux évidements 213a et 213b, chacun de forme sensiblement rectangulaire, opposés symétriquement par rapport à l'axe X210. Comme visible sur la figure 10, chaque section 214 du troisième type présente deux évidements 214a et 214b, chacun de forme sensiblement rectangulaire, opposés symétriquement par rapport à l'axe X210. Les évidements 213a et 213b présentent une longueur L213 supérieure à la longueur L212 des évidements 212a et 212b. La largeur minimale 1213 de la bande 210 au niveau d'une section réduite 213 du deuxième type est supérieure à la largeur minimale 1212 au niveau d'une section réduite 212 du premier type. Les évidements 214a et 214b présentent une longueur L214 supérieure à la longueur L213 des évidements 213a et 213b d'une section 213 réduite du second type. La largeur minimale 1214 de la bande 210 au niveau d'une section réduite 214 du troisième type est supérieure ou égale à la largeur minimale 1213 au niveau d'une section réduite 213 du deuxième type. Notamment, les rapports des largeurs minimales £213 et X212 '214 sont compris entre 1,1 et 1,4. De plus, le rapport X214 est compris entre 1 et 1,4. £212 £213 En pratique, les sections réduites 212 du premier type sont plus nombreuses que les sections réduites 213 du second type, et les sections réduites 213 du second type sont elles-mêmes plus nombreuses que les sections réduites 214 du troisième type. Par exemple, comme visible sur la figure 7, la lame 210 comprend une succession de sept sections 212, puis une section 213, et ainsi de suite. En outre, une section 213 sur sept est remplacée par une section 214. Entre les sections réduites 212, 213 et 214, on retrouve les segments 211 de largeur maximale 1110. En fonctionnement normal du fusible 1, la température des éléments fusibles augmente par effet Joule, jusqu'à une valeur à laquelle elle se stabilise. En particulier, cet effet Joule crée une augmentation de température qui varie en différents points de la lame fusible 110 ou 210. Ainsi, la configuration particulière d'une lame fusible 110 ou 210 selon l'invention permet de privilégier certaines zones de fusion, car les sections réduites 112, 113, 212, 213 et 214 dissipent moins bien la chaleur que les segments 111 et 211. En effet, la géométrie des sections réduites influence leurs échanges thermiques avec l'environnement proche. Les différentes sections d'un même type, ayant des échanges thermiques identiques, fondent sensiblement en même temps en différents points de la lame fusible, ce temps nécessaire à la fusion dépendant de la surintensité qui circule dans la lame fusible et cause son échauffement. Par exemple, pour une largeur et une longueur de section identiques, un évidement en forme d'arc-de-cercle dissipe mieux la chaleur qu'un évidement de forme rectangulaire, car la section comprend plus de matière. Cependant, pour une très forte intensité, la largeur minimale de la section réduite est un paramètre prédominant devant la forme de l'évidement, car la section fond d'abord en son centre, et non pas de manière homogène. Ainsi, lorsqu'une surintensité se produit, certaines sections sont susceptibles de fondre plus rapidement que d'autres. Lorsque la lame comprend un seul type de section réduite, sa courbe de réponse « temps de coupure / intensité de coupure » présente un aspect donné. En combinant différents types de sections réduites, on obtient une courbe de réponse qui est la superposition de chacune des courbes de réponse correspondant à chacune des sections. Aux plus hautes intensités, correspondant à un temps de coupure du fusible très réduit, les sections dont la largeur minimale est la plus faible fondent en premier. Dans les modes de réalisation décrits, cela correspond aux sections réduites du premier type 112 et 212. Lorsque la surintensité est moindre, avec un temps de coupure légèrement plus élevé, la longueur et la géométrie particulière des sections entre en ligne de compte. Ainsi, avec leurs évidements rectangulaires et leur longueur plus importante, les sections réduites 113, 213 et 214 des deuxième et troisième types sont susceptibles de fondre avant celles du premier type 112 et 212. Le fonctionnement du fusible 1 est ainsi rendu plus rapide dans une plage d'intensités particulières. En pratique, une lame selon le premier mode de réalisation est plus simple à fabriquer, car elle nécessite un nombre d'opérations d'usinage et/ou formage réduit pour seulement deux types de sections réduites différentes, tandis qu'une lame selon le second mode de réalisation comprend trois types de sections réduites différents mais permet d'obtenir une courbe de réponse différente. En variante, la lame peut comprendre plus de trois types de sections réduites différentes, bien que cela la rende plus complexe à fabriquer. Selon une autre variante, les géométries, largeurs minimales, longueurs et forme des évidements des différents types de sections réduites peuvent varier. Par exemple, dans le second mode de réalisation, les sections réduites du troisième type présentent une largeur minimale et une longueur plus grandes que celles des sections réduites du deuxième type. En alternative, les sections réduites du troisième type peuvent présenter une largeur minimale identique. En outre, un évidement peut être de forme triangulaire, elliptique, crénelée, ou toute autre géométrie. REVENDICATIONS1.- Fusible (1) comprenant : un corps tubulaire (2), - au moins un barreau isolant (4) agencé dans le corps tubulaire selon un axe longitudinal (X-X') du corps tubulaire, - au moins une lame fusible (110 ; 210) d'épaisseur (e110) constante, agencée sur le barreau (4) et s'étendant entre les extrémités longitudinales (1 a, lb) du fusible (1), la lame (110 ; 210) comprenant des segments (111 ; 211) de largeur maximale (1110 ; 1210) et plusieurs sections réduites (112, 113 ; 212, 213, 214) agencées le long de sa direction longitudinale, chaque section réduite ayant une géométrie définie par sa largeur minimale (1112, 1113 ; 1212, 1213, 1214) et sa longueur (L112, L113 ; L212, L213, L214), caractérisé en ce que les sections réduites (112, 113 ; 212, 213, 214) sont au moins de deux types différents et comprennent : au moins une section réduite d'un premier type (112 ; 212) qui présente une première largeur minimale (1112;1212), et au moins une section réduite d'un deuxième type (113 ; 213) qui présente une deuxième largeur minimale (1113; 1213 ), différente de la première largeur minimale. 2.- Fusible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur minimale (1112 ; 1212) d'une section réduite du premier type (112 ; 212) est inférieure à la largeur minimale (1113 ;1213) d'une section réduite du deuxième type (113 ; 213), avec le rapport de la deuxième largeur minimale sur la première largeur minimale (113 '213 ) compris 112 £212 entre 1,1 et 1,4. 3.- Fusible selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque section réduite du premier type (112 ; 212) inclut au moins un évidement (112a, 112b ; 212a, 212b) dont le bord est en arc de cercle. 4.- Fusible selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque section réduite du deuxième type (113 ; 213) inclut au moins un évidement (113a, 113b ; 213a, 213b) de forme sensiblement rectangulaire. 5.- Fusible selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la longueur (L112 ; L212) d'une section réduite du premier type (112 ; 212) est inférieure à la longueur (L113 ; L213) d'une section réduite du deuxième type (113 ; 213). 6.- Fusible selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la lame (210) comprend au moins une section réduite d'un troisième type (214), présentant une troisième largeur minimale (1214) différente de celles (1212, 1213) des sections réduites des premier et deuxième types (212, 213), avec le rapport de la troisième largeur minimale sur la première largeur minimale ( X214 ) compris entre 1,1 et 1,4. 212 7.- Fusible selon la revendication 6, caractérisé en ce que la section réduite du troisième type (214) inclut au moins un évidement (214a, 214b) de forme sensiblement rectangulaire. 8.- Fusible selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la largeur minimale (1213) d'une section réduite du deuxième type (213) est inférieure ou égale à la largeur minimale (1214) d'une section réduite du troisième type (214), et la longueur (L213) d'une section réduite du deuxième type (213) est inférieure ou égale à la longueur (L214) d'une section réduite du troisième type (214), les longueurs (L213, L214) ne pouvant être égales dans le cas où les largeurs (1213, 1214) sont égales, avec le rapport de la troisième largeur minimale sur la deuxième largeur minimale X214 ( ) compris entre £213 1 et 1,4. 9.- Fusible selon l'une des revendications 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que la lame (110 ; 210) comprend un plus grand nombre de sections réduites du premier type (112 ; 212) que de sections réduites du deuxième type (113 ; 213) et, le cas échéant, un plus grand nombre de sections réduites du deuxième type (213) que de sections réduites du troisième type (214). 10.- Interrupteur combiné, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un fusible (1) selon l'une des revendications précédentes.