Brevet FR3025935A1 — publié le 20160318

La présente invention se rapporte à un organe de coupure destiné à protéger des élévations anormales d'intensité de courant et plus particulièrement des mises en court-circuit, un dispositif de protection d'une installation électrique contre la foudre. Il est connu d'utiliser des éléments fusibles ou des disjoncteurs standards issus du commerce pour protéger des mises en court-circuit les dispositifs de protection d'installations électriques, comme les parafoudres. Or, ces éléments fusibles ou disjoncteurs sont mal adaptés pour la protection des parafoudres. En effet, ils ne sont pas conçus spécifiquement pour résister aux chocs dus à la foudre et pour ouvrir le circuit électrique en un temps suffisamment court pour protéger efficacement le parafoudre. En conséquence, il est nécessaire de surdimensionner les connectiques internes du parafoudre pour répondre au manque de réactivité de l'organe de coupure, ce qui entraîne un coût supplémentaire de ces dispositifs et un temps de réalisation plus important. La présente invention a pour objectif de résoudre tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus. La présente invention concerne un organe de coupure destiné à être intégré à un circuit électrique comprenant un dispositif de protection d'une installation électrique contre la foudre, l'organe de coupure étant monté en série par rapport au dispositif de protection d'une installation électrique et l'organe de coupure comprenant : - une première armature conductrice reliée électriquement à une première borne de raccordement au circuit électrique et une seconde armature conductrice reliée électriquement à une seconde borne de raccordement au circuit électrique ; - au moins un élément fusible disposé entre la première armature et la seconde armature et relié électriquement à la première armature et à la seconde armature, l'au moins un élément fusible étant agencé pour fondre lorsqu'il est traversé par un courant d'une intensité de seuil sur une période de temps de seuil - un dispositif d'augmentation d'une tension d'arc entre la première armature et la seconde armature en cas de fonte de l'au moins un élément fusible. 3025935 2 Grâce aux dispositions selon l'invention, l'organe de coupure est adapté pour la protection particulière des dispositifs de protection d'installations électriques contre la foudre. La combinaison du dispositif d'augmentation de tension d'arc et du fusible permet d'obtenir à la fois une capacité de coupure du 5 courant de court-circuit améliorée et une réactivité accrue en cas de court-circuit du parafoudre. Selon un aspect de l'invention, l'organe de coupure est monté en dérivation par rapport à une installation électrique à protéger de la foudre. Selon un aspect de l'organe de coupure selon l'invention, l'au 10 moins un élément fusible est agencé pour fondre lorsqu'il est traversé par un courant d'une intensité apte à détériorer le dispositif de protection d'une installation électrique sur une période de temps de seuil. Selon un aspect de l'organe de coupure selon l'invention, l'au moins un élément fusible est agencé pour fondre lorsqu'il est traversé par un 15 courant d'une intensité de seuil sur une période de temps apte à détériorer le dispositif de protection d'une installation électrique. Selon un aspect de l'organe de coupure selon l'invention, la période de temps de seuil est inférieure à une seconde et supérieure à quelques microsecondes. 20 Selon un aspect de l'invention, la période de temps de seuil est de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes. Selon un aspect de l'invention, la période de temps de seuil est comprise entre cinquante millisecondes et deux cents millisecondes. Selon un aspect de l'invention, la période de temps de seuil est de 25 l'ordre de cent vingt millisecondes. Selon un aspect de l'invention, le matériau constituant l'élément fusible est caractérisé par une résistivité comprise entre trente et trois cents micro-Ohms par millimètre. Selon un aspect de l'invention, le matériau constituant l'élément 30 fusible est caractérisé par une résistivité comprise entre cinquante et cent cinquante micro-Ohms par millimètre. Selon un aspect de l'invention, le matériau constituant l'élément fusible est caractérisé par une résistivité de l'ordre de cent micro-Ohms par millimètre. 35 Selon un aspect de l'invention, la section de l'élément fusible est comprise entre un et trois millimètres carré. 3025935 3 Selon un aspect de l'invention, le fusible est constitué de laiton. En effet, le laiton a une résistivité de 3,91.10-5 Ohm/mm. Selon un aspect de l'invention, la section d'un élément fusible constitué de laiton est de un millimètre carré. 5 Selon un aspect de l'invention, le fusible est constitué d'acier doux. En effet, l'acier doux a une résistivité de 1,1.10-4 Ohm/mm. Selon un aspect de l'invention, la section d'un élément fusible constitué d'acier doux est de 1,5 mm2. Suivant des caractéristiques optionnelles de l'organe de coupure 10 selon l'invention : - le dispositif d'augmentation d'une tension d'arc comprend une pluralité de plaques de déionisation disposées en regard d'une ouverture définie entre la première armature et la seconde armature ; 15 - la géométrie des première et seconde armatures permet le déplacement de l'arc vers les plaques de déionisation ; - se rapprochant des plaques de déionisation, la longueur de l'arc électrique augmente. Ainsi, la tension d'arc entre les première et seconde armatures augmente et l'arc électrique formé tend à 20 s'éteindre ; - l'arc électrique peut également s'agrandir jusqu' à atteindre les plaques de déionisation. Dans ce cas, l'arc électrique peut se séparer en plusieurs petits arcs, chacun formés entre deux plaques de déionisation consécutives. La tension d'arc entre les 25 première et seconde armatures est alors équivalente à la somme des tensions d'arc des petits arcs ainsi formés. - les plaques de déionisation sont conductrices ; - les plaques de déionisation définissent un espace entre elles débouchant en regard de l'ouverture entre la première armature 30 et la seconde armature ; - la première armature s'étend entre une première portion de liaison à la première borne de raccordement au circuit électrique et une première portion d'extrémité ; - la seconde armature s'étend entre une seconde portion de 35 liaison à la seconde borne de raccordement au circuit électrique et une seconde portion d'extrémité ; 3025935 4 - l'élément fusible est disposé entre la première et la seconde armature au niveau de la première portion d'extrémité et de la seconde portions d'extrémité ; - selon une première possibilité, le dispositif d'augmentation d'une 5 tension d'arc comprend au moins une armature secondaire conductrice reliée électriquement à la première armature par l'intermédiaire d'un premier élément fusible et à la seconde armature par l'intermédiaire d'un deuxième élément fusible ; - selon une seconde possibilité, le dispositif d'augmentation d'une 10 tension d'arc comprend au moins deux armatures secondaires reliées électriquement entre elles par un élément fusible. Plusieurs éléments fusibles sont montés en série. Lorsque les éléments fusibles fondent, la tension d'arc entre les armatures principales est équivalente à la somme des tensions d'arc entre 15 les armatures ; - les armatures secondaires sont sensiblement parallèles. La présente invention se rapporte également à un ensemble comprenant : - un dispositif de protection d'une installation électrique contre la 20 foudre ; - un organe de coupure conforme à l'une quelconque des caractéristiques susmentionnées, monté en série par rapport au dispositif de protection. Suivant des caractéristiques optionnelles de l'ensemble selon 25 l'invention : - l'organe de coupure est amovible du circuit électrique, ainsi, le remplacement et la maintenance de l'organe de coupure sont facilités ; - les bornes de raccordement au circuit électrique sont 30 constituées par des broches, ce qui permet de mettre en place et de retirer facilement l'organe de coupure du circuit électrique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre et à l'examen des figures ci-annexées, dans lesquelles : 35 - la figure 1 représente un organe de coupure selon un premier mode de réalisation ; 3025935 5 - la figure 2 représente un organe de coupure selon un deuxième mode de réalisation ; - la figure 3 représente un organe de coupure selon un troisième mode de réalisation. 5 Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensemble d'organes identiques ou analogues. Un organe de coupure 1 est représenté en figure 1. L'organe de coupure 1 comprend une première borne de raccordement 3 et une seconde 10 borne de raccordement 5 qui sont destinées à être reliées à un circuit électrique. Le circuit électrique comprend un dispositif de protection d'une installation électrique contre la foudre, ici un parafoudre. L'organe de coupure 1 est destiné à être monté en série avec le parafoudre afin de le protéger contre les mises en court-circuit. L'organe de coupure 1 est donc disposé en amont du 15 parafoudre dans le circuit électrique. Le circuit électrique comprend également une installaton électrique montée en dérivation par rapport à l'organe de coupure 1 et au parafoudre. Le parafoudre est destiné à protéger l'installation électrique contre les surtensions provoquées par la foudre. L'organe de coupure 1 comprend deux armatures principales : une 20 première armature 7 conductrice reliée électriquement à la borne de raccordement 3 et une deuxième armature 9 conductrice reliée électriquement à la borne de raccordement 5. Un fusible 11 est relié électriquement d'une part à l'armature 7 et d'autre part à l'armature 9. Le fusible 11 est apte à fondre lorsque l'intensité du courant 25 traversant l'organe de coupure 1 atteint une intensité de seuil pendant une période de temps de seuil. La période de temps de seuil est la période de temps à partir de laquelle le dispositif de protection d'une installation électrique se détériore. La période de temps de seuil est inférieure à une seconde et supérieure à 30 quelques dizaines de microsecondes et de préférence est de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes. Par exemple, une période de temps de seuil peut être de l'ordre de cent vingt millisecondes. Le fusible 11 est apte à supporter une surtension due à la foudre. En effet, une telle surtension n'intervient que pendant une période de temps 35 inférieure à la période de temps de seuil, nécessaire pour la destruction du fusible 11. Un telle surtension intervient pendant quelques dizaines de 3025935 6 microsecondes, par exemple sur une période de temps de l'ordre de cinquante microsecondes. Lorsque le parafoudre est mis en court-circuit et que le fusible 11 fond, les armatures 7, 9 ne sont plus reliées électriquement et définissent entre 5 elles une ouverture 13. Un dispositif d'augmentation de la tension d'arc entre les armatures 7, 9, ici une chambre d'extinction 15, est disposé en regard de l'ouverture 13. La chambre d'extinction 15 est constituée par une pluralité de plaques de déionisation 17. Les plaques de déionisation 17 définissent des espaces 19 10 entre elles, débouchant en regard l'ouverture 13. Les plaques de déionisation 17 sont sensiblement parallèles entre elles. En cas de mise en court-circuit du parafoudre, l'organe de coupure 1 est parcouru par un courant d'intensité supérieure à l'intensité de seuil. Le fusible se détruit et un différentiel de potentiel s'établit entre les armatures 7, 9 15 séparées uniquement par l'ouverture 13. À partir d'un différentiel de potentiel de seuil, appelé tension d'arc, un arc électrique se forme entre les armatures 7, 9. La formation d'un arc électrique permet au courant de continuer à circuler dans le circuit électrique, d'atteindre le parafoudre et de l'endommager. La chambre d'extinction 15 permet d'éteindre l'arc électrique en 20 augmentant la tension d'arc entre les armatures 7, 9. En effet, les plaques de déionsation 17 permettent l'allongement de l'arc électrique en l'attirant vers elles. Lorsque l'arc électrique les atteind, il est divisé en plusieurs portions, chacune des portions étant formée entre deux plaques de déionisation 17 consécutives. De cette manière, la tension d'arc entre les armatures 7, 9 25 augmente et l'arc électrique tend à s'éteindre. La formule de l'échauffement du fusible 11 est la suivante : r2t C At9 = s p2cd dans laquelle : AE) est l'échauffement ; p est la résistivité du matériau ; I est l'intensité ; t est la durée ; s est la section ; w est masse volumique du matériau et C est la capacité thermique du matériau. 30 De préférence, le matériau consituant le fusible 11 est caractérisé par une résistivité comprise entre trente et trois cents micro-Ohms par millimètre et préférenciellement de l'ordre de cent micro-Ohm par millimètre, comme par exemple l'acier. De préférence, la section du fusible 11 est comprise entre un et 35 trois millimètres carré. 3025935 7 Selon un exemple de réalisation de l'invention, le fusible 11 est constitué de laiton ayant une résistivité de 3,91.10-5 Ohm/mm, une capacité thermique massique de 376J/kg/°K, une masse volumique de 8,5.10-6 kg/mm3, une température de fusion de 1300°C et une limite élastique de 200N/mm2. 5 Pour une tenue thermique à la foudre, c'est-à-dire pour un échauffement d'environ 200°C, pour une onde 8/20 et sous un courant d'environ 40kA, le fusible 11 doit avoir une section de 1mm2. Le temps de fusion d'un tel fusible 11 sous un courant de 1000A est de 0,12s. La résistance mécanique à la traction d'un tel fusible 11 est de 200N. 10 Selon un autre exemple de réalisation de l'invention, le fusible 11 est constitué d'acier doux ayant une résistivité de 1,1.10-4 Ohm/mm, une capacité thermique massique de 480J/kg/°K, une masse volumique de 7,8.10-6 kg/mm3, une température de fusion de 1300°C et une limite élastique de 240N/mm2. Pour une tenue thermique à la foudre, c'est-à-dire pour un 15 échauffement d'environ 200°C, pour une onde 8/20 et sous un courant d'environ 40kA, le fusible 11 doit avoir une section de 1,5mm2. Le temps de fusion d'un tel fusible 11 sous un courant de 1000A est de 0,12s. La résistance mécanique à la traction d'un tel fusible 11 est de 360N. L'utilisation de matériaux de plus faible résistivité, par exemple le 20 cuivre, impliquerait une plus faible section de fusible 11 et donc une plus faible résistance mécanique. L'utilisation de matériaux de plus forte résistivité, par exemple l'acier inoxidable, impliquerait une section de fusible 11 plus importante et donc un volume important de matière en fusion, susceptible de polluer les partie 25 interne de l'organe de coupure. L'utilisation de matériaux comme le laiton et l'acier doux permettent d'obtenir une résistance mécanique appréciable tout en limitant la section du fusible, et donc d'obtenir un volume de matériau en fusion raisonnable. Selon un deuxième mode de réalisation représenté en figure 2, 30 l'organe de coupure 1 est disposé dans une cartouche amovible. Les bornes de raccordement 7, 9 sont constituées par des broches 3, 5 permettant de raccorder et de retirer la cartouche facilement du circuit électrique en cas de besoin de remplacement ou de maintenance de l'organe de coupure 1. Suivant un aspect de l'invention selon les premier et second modes 35 de réalisation, les plaques de déionisation 17 sont disposées selon une configuration dite en étoile. Dans une telle configuration, l'écartement entre 3025935 8 deux plaques de déionisation 17 consécutives se reduit en direction du fusible 11. Selon un troisième mode de réalisation représenté en figure 3, le dispositif d'augmentation de la tension d'arc 15 est constitué par une pluralité d' 5 armatures secondaires disposées entre les armatures 7, 9. Ici, quatre armatures secondaires 31, 33, 35, 37, sensiblement parallèles entre elles, sont représentées. Les armatures secondaires 31, 33, 35, 37 sont disposées entre les armatures 7, 9. Un fusible 39 relie électriquement l'armature 7 et l'armature secondaire 31 ; un fusible 41 relie électriquement l'armature secondaire 31 et 10 l'armature secondaire 33 ; un fusible 43 relie électriquement l'armature secondaire 33 et l'armature secondaire 35 ; un fusible 45 relie électriquement l'armature secondaire 35 et l'armature secondaire 37 ; un fusible 47 relie électriquement l'armature secondaire 37 et l'armature 9. Lors de la mise en court-circuit du parafoudre, les fusibles 39, 41, 43, 45, 47 fondent et se 15 détruisent. Les armatures 7, 9 et les armatures secondaires 31, 33, 35, 37 sont séparées par des ouvertures 49. La tension d'arc entre l'armature 7 et l'armature 9 est équivalente à la somme des tensions d'arc entre deux armatures 7, 9 et/ou armatures secondaires 31, 33, 35, 37 adjacentes. L'ajout des armatures secondaires 31, 33, 35, 37 permet donc d'augmenter la tension 20 d'arc entre l'armature 7 et l'armature 9. Les fusibles utilisés dans ce mode de réalisation ont les mêmes caractéristiques que les fusibles décrits dans le premier mode de réalisation. Selon un mode préféré de l'invention, le dispositif d'augmentation de la tension d'arc 15 comporte une dizaine d'armatures secondaires, 25 sensiblement parallèles entre elles et disposées entre les armatures 7 et 9. Les disposititions selon l'invention permettent avantageusement l'utilisation de fusibles ou disjoncteurs standards, issus du commerce. Par exemple, l'utilisation d'un fusible 125 A gG cylindrique 22*58 est adaptée pour la mise en oeuvre d'un organe de coupure selon l'invention. 30 Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits et représentés, fournis à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs. REVENDICATIONS1. Organe de coupure destiné à être intégré à un circuit électrique comprenant un dispositif de protection d'une installation électrique contre la foudre, l'organe de coupure étant monté en série par rapport au dispositif de 5 protection d'une installation électrique et l'organe de coupure (1) comprenant : - une première armature (7) conductrice reliée électriquement à une première borne de raccordement (3) au circuit électrique et une seconde armature (9) conductrice reliée électriquement à une seconde borne de raccordement (5) au circuit électrique ; 10 - au moins un élément fusible (11) disposé entre la première armature (7) et la seconde armature (9) et relié électriquement à la première armature (7) et à la seconde armature (9), l'au moins un élément fusible (11) étant agencé pour fondre lorsqu'il est traversé par un courant d'une intensité de seuil sur une 15 période de temps de seuil ; - un dispositif d'augmentation d'une tension d'arc (15) entre la première armature (7) et la seconde armature (9) en cas de fonte de l'au moins un élément fusible (11). 2. Organe de coupure selon la revendication 1, dans lequel le 20 matériau constituant l'élément fusible (11) est caractérisé par une résistivité comprise entre trente et trois cents micro-Ohms par millimètre. 3. Organe de coupure selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la section de l'élément fusible (11) est comprise entre un et trois millimètres carré. 4. Organe de coupure selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'augmentation d'une tension d'arc (15) comprend une pluralité de plaques de déionisation (17) disposées en regard d'une ouverture (13) définie entre la première armature (7) et la seconde armature (9). 5. Organe de coupure selon la revendication 4, dans lequel les 30 plaques de déionisation (17) définissent un espace (19) entre elles débouchant en regard de l'ouverture (13) entre la première armature (7) et la seconde armature (9). 6. Organe de coupure selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d'augmentation d'une tension d'arc (15) comprend au moins une 35 armature secondaire (31, 33, 35, 37) conductrice reliée électriquement à la première armature par l'intermédiaire d'un premier élément fusible (39) et à la seconde armature par l'intermédiaire d'un deuxième élément fusible (47). 7. Organe de coupure selon la revendication 6, dans lequel le dispositif d'augmentation d'une tension d'arc (15) comprend au moins deux 5 armatures secondaires (31, 33, 35, 37) reliées électriquement entre elles par au moins un élément fusible (41, 43, 45). 8. Ensemble comprenant : - un dispositif de protection d'une installation électrique contre la foudre intégré à un circuit électrique ; 10 - un organe de coupure (1) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, intégré au circuit électrique et monté en série par rapport au dispositif de protection. 9. Ensemble selon la revendication 8 dans lequel l'organe de coupure (1) est amovible du circuit électrique. 15 10. Ensemble selon la revendication 9, dans lequel les bornes de raccordement (3, 5) au circuit électrique sont constituées par des broches.