Brevet FR3129027A1 — publié le 20230512

Système de protection contre un court-circuit (1) comprenant une branche principale (2) et une branche secondaire (3) comportant un fusible, le système (1) comprenant un actionneur pyrotechnique (7a) comportant un générateur de gaz (8a) et un piston mobile entre une position initiale et une position finale, ledit système (1) étant configuré pour occuper les positions suivantes : - une position passive ; - une position active ; caractérisé en ce que la branche secondaire (3) comprend un coulisseau mobile qui est solidaire d’une extrémité du fusible et apte à être entrainé en translation sous l’action du piston lorsque le système (1) passe de sa position passive à sa position active, le système (1) étant configuré pour que le coulisseau impose une rupture du fusible qui est postérieure à l’ouverture de la branche principale (2) lorsque le système (1) passe de sa position passive à sa position active. Figure pour l'abrégé : 1 SYSTÈME DE PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un système de protection contre les courts-circuits dans un circuit électrique à courant continu haute tension. Arrière-plan technique Un aéronef hybride électrique ou tout électrique est propulsé à l’aide d’un ou plusieurs propulseurs électriques comprenant chacun par exemple une hélice entrainée par un moteur électrique. En fonction des différentes phases de vol, chaque moteur électrique peut être alimenté électriquement via par exemple un turbogénérateur et/ou des batteries. Un turbogénérateur comprend un turbomoteur et au moins une génératrice électrique, la génératrice électrique transformant la puissance mécanique générée par le turbomoteur en une puissance électrique destinée à l’alimentation des propulseurs ou à être stockée au sein des batteries. Le ou les propulseurs électriques sont intégrés dans un circuit électrique à courant continu haute tension (plus connu sous l’acronyme anglais « HVDC » pour « High Voltage Direct Current ») qui est protégé contre les courts-circuits via au moins un système de protection, le système de protection permettant d’ouvrir le circuit et de le mettre hors tension lorsqu’un courant de court-circuit est détecté. Un court-circuit est par définition dangereux et susceptible d’être à l’origine d’incidents plus ou moins graves, c’est pourquoi les systèmes de protection contre les courts-circuits sont primordiaux dans un aéronef pour garantir la sécurité des passagers. Un système de protection connu comprend une branche principale et une branche secondaire montées en parallèle. La branche secondaire présente une impédance supérieure à celle de la branche principale et comprend un fusible dimensionné pour un courant de court-circuit de forte intensité. Plus précisément, le fusible est dimensionné pour supporter, sur un temps suffisamment long, les courants de forte intensité. Le fusible est destiné à ouvrir la branche secondaire par la fusion d’un ou plusieurs de ses éléments lorsqu’il est traversé par un courant de court-circuit présentant une intensité suffisante pour le faire fondre. Le système comprend également un actionneur configuré pour ouvrir la branche principale de manière irréversible lorsqu’un courant de court-circuit de forte intensité est détecté, et obliger le courant de court-circuit à traverser la branche secondaire et plus particulièrement le fusible, pour mettre définitivement le circuit hors tension. Un tel système est destiné à protéger le circuit contre les courants de court-circuit de forte intensité qui sont généralement les plus dangereux à court terme. En effet, le fusible de la branche secondaire est dimensionné pour fondre à partir d’un courant d’une intensité de l’ordre de la centaine d’ampères tout en ayant un temps de fusion suffisamment long, pour éteindre complètement l’arc électrique dans la branche principale, pour les courants d’intensité de l’ordre des milliers d’ampères. Toutefois, dans le domaine de l’aéronautique, la sécurité des passagers doit être totale, il est ainsi nécessaire de mettre hors tension le circuit dès qu’un courant de court-circuit est détecté et quel que soit son intensité (par exemple de l’ordre du milliampère pour un défaut d’isolement). En effet, les courants de court-circuit de faible ou moyenne intensité peuvent eux aussi être à l’origine d’incidents plus ou moins graves à court terme et/ou à plus ou moins long terme. L’objectif de la présente invention est donc de proposer un système de protection contre un court-circuit dans un circuit électrique à courant continu haute tension permettant d’assurer l’ouverture des branches principale et secondaire quel que soit l’intensité du courant de court-circuit. L’invention propose ainsi un système de protection contre un court-circuit dans un circuit électrique à courant continu haute tension, le système comprenant une branche principale et une branche secondaire montées en parallèle et aptes à être connectées au circuit électrique via deux bornes communes d’entrée et de sortie, la branche secondaire comprenant un fusible et présentant une impédance supérieure à celle de la branche principale, le système comprenant un actionneur pyrotechnique comportant un générateur de gaz et un piston mobile entre une position initiale et une position finale, ledit système étant configuré pour occuper les positions suivantes : - une position passive dans laquelle le piston est dans sa position initiale, les branches principale et secondaire étant fermées ; - une position active dans laquelle le piston est placé dans sa position finale sous l’action de gaz généré par ledit générateur lorsqu’un courant de court-circuit est détecté, la branche principale étant ouverte sous l’action du piston ; caractérisé en ce que la branche secondaire comprend un coulisseau mobile qui est solidaire d’une extrémité du fusible et apte à être entrainé en translation sous l’action du piston lorsque le système passe de sa position passive à sa position active, le système étant configuré pour que le coulisseau impose une rupture du fusible qui est postérieure à l’ouverture de la branche principale lorsque le système passe de sa position passive à sa position active, de manière à assurer une ouverture de la branche secondaire quel que soit l’intensité du courant de court-circuit. Le fait d’introduire dans la branche secondaire un coulisseau qui impose une rupture du fusible sous l’action du piston permet d’assurer une ouverture de la branche secondaire (et donc une ouverture du système et du circuit) en un temps déterminé (de préférence inférieur à 5 ms), et cela quel que soit l’intensité du courant de court-circuit. Un tel système est compatible pour ouvrir des circuits alimentés en 800 volts à courant continu en un temps inférieur à 5 millisecondes, lorsqu’ils sont soumis à des courants de court-circuit allant de 0 à 10 000 ampères, avec une constante de temps L/R supérieure à 0,1 millisecondes. Le système selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - la branche principale comprend un premier contact électrique entre un organe fixe et une première patte flexible, le système comprenant un premier séparateur qui est mobile en translation et solidaire du piston, le premier séparateur étant configuré pour s’interposer entre l’organe fixe et la première patte flexible lorsque le système est dans sa position active, de manière à ouvrir le premier contact électrique et par conséquent la branche principale ; - le coulisseau présente une première extrémité fixée au fusible et une seconde extrémité fixée à un butoir mobile en translation, le premier séparateur étant apte à venir en appui contre une face d’appui du butoir pour l’entrainer en translation lorsque le système passe de sa position passive à sa position active ; - le premier séparateur se trouve à distance de la face d’appui du butoir lorsque le système est en position passive ; - la branche principale comprend un second contact électrique entre l’organe fixe et une seconde patte flexible, le système comprenant un second séparateur qui est mobile en translation et solidaire à la fois du piston et du premier séparateur, le second séparateur étant parallèle au premier séparateur, le second séparateur étant configuré pour s’interposer entre l’organe fixe et la seconde patte flexible lorsque le système est dans sa position active, de manière à ouvrir les premier et second contacts électriques et par conséquent la branche principale ; - l’organe fixe est intercalé entre les premier et second séparateurs d’une part et entre les première et seconde pattes d’autre part, les première et seconde pattes étant respectivement en contact avec la face supérieure et la face inférieure de l’organe fixe lorsque le système est en position passive ; - les premier et second séparateurs présentent chacun un chanfrein configuré pour faciliter l’ouverture des premier et second contacts électriques ; - les première et seconde pattes sont symétriques et se rejoignent au niveau d’une semelle commune qui est connectée à la borne commune de sortie, chacune des première et seconde pattes comprenant un tronçon convexe et un tronçon concave en contact avec l’organe fixe lorsque le système est en position passive ; - chacun des premier et second séparateurs est guidé en translation entre une structure du système et l’organe fixe ; - les branches principale et secondaire sont horizontalement l’une à côté de l’autre, l’actionneur étant verticalement au-dessus des premier et second séparateurs et de la branche principale ; - les premier et second séparateurs sont solidaires du piston via un élément de liaison, les premier et second séparateurs et le piston étant mobiles en translation suivant un même sens de déplacement, lorsque le système passe d’une position passive à une position active ; - les premier et second séparateurs sont solidaires du piston via un levier articulé par rapport à une structure du système, les premier et second séparateurs étant mobiles en translation suivant un sens de déplacement qui est opposé à celui du piston, lorsque le système passe d’une position passive à une position active ; - l’actionneur comprend une tige présentant une première extrémité fixée au piston et une seconde extrémité portant une première goupille insérée dans un premier trou oblong du levier, le système comprenant un élément de liaison présentant une première extrémité solidaire des premier et second séparateurs et une seconde extrémité portant une seconde goupille insérée dans un second trou oblong du levier, le levier étant articulé entre les premier et second trous oblongs. La présente invention concerne également un circuit électrique comprenant au moins un propulseur électrique et un système de protection contre un court-circuit tel que décrit précédemment. La présente invention concerne en outre un aéronef comprenant un circuit électrique tel que décrit précédemment. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la est une vue en perspective d’un système de protection contre un court-circuit, selon un premier mode de réalisation de l’invention ; la est une vue en coupe du système illustré sur la selon le plan de coupe II-II de la ; la est une vue en coupe du système illustré sur la selon le plan de coupe III-III de la ; la est une vue en coupe comparable à celle de la illustrant un second mode de réalisation de l’invention. Système de protection contre un court-circuit (1) dans un circuit électrique à courant continu haute tension, le système (1) comprenant une branche principale (2) et une branche secondaire (3) montées en parallèle et aptes à être connectées au circuit électrique via deux bornes communes d’entrée et de sortie (4, 5), la branche secondaire (3) comprenant un fusible (6) et présentant une impédance supérieure à celle de la branche principale (2), le système (1) comprenant un actionneur pyrotechnique (7a, 7b) comportant un générateur de gaz (8a, 8b) et un piston (9a, 9b) mobile entre une position initiale et une position finale, ledit système (1) étant configuré pour occuper les positions suivantes : - une position passive dans laquelle le piston (9a, 9b) est dans sa position initiale, les branches principale et secondaire (2, 3) étant fermées ; - une position active dans laquelle le piston (9a, 9b) est placé dans sa position finale sous l’action de gaz généré par ledit générateur (8a, 8b) lorsqu’un courant de court-circuit est détecté, la branche principale (2) étant ouverte sous l’action du piston (9a, 9b) ; caractérisé en ce que la branche secondaire (3) comprend un coulisseau (10) mobile qui est solidaire d’une extrémité du fusible (6) et apte à être entrainé en translation sous l’action du piston (9a, 9b) lorsque le système (1) passe de sa position passive à sa position active, le système (1) étant configuré pour que le coulisseau (10) impose une rupture du fusible (6) qui est postérieure à l’ouverture de la branche principale (2) lorsque le système (1) passe de sa position passive à sa position active, de manière à assurer une ouverture de la branche secondaire (3) quel que soit l’intensité du courant de court-circuit. Système (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche principale (2) comprend un premier contact électrique (16) entre un organe fixe (17) et une première patte flexible (18), le système (1) comprenant un premier séparateur (13) qui est mobile en translation et solidaire du piston (9a, 9b), le premier séparateur (13) étant configuré pour s’interposer entre l’organe fixe (17) et la première patte flexible (18) lorsque le système (1) est dans sa position active, de manière à ouvrir le premier contact électrique (16) et par conséquent la branche principale (2). Système (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le coulisseau (10) présente une première extrémité fixée au fusible (6) et une seconde extrémité fixée à un butoir (25) mobile en translation, le premier séparateur (13) étant apte à venir en appui contre une face d’appui (35) du butoir (25) pour l’entrainer en translation lorsque le système (1) passe de sa position passive à sa position active. Système (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier séparateur (13) se trouve à distance de la face d’appui (35) du butoir (25) lorsque le système (1) est en position passive. Système (1) selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la branche principale (2) comprend un second contact électrique (19) entre l’organe fixe (17) et une seconde patte flexible (20), le système (1) comprenant un second séparateur (14) qui est mobile en translation et solidaire à la fois du piston (9a, 9b) et du premier séparateur (13), le second séparateur (14) étant parallèle au premier séparateur (13), le second séparateur (14) étant configuré pour s’interposer entre l’organe fixe (17) et la seconde patte flexible (20) lorsque le système (1) est dans sa position active, de manière à ouvrir les premier et second contacts électriques (16, 19) et par conséquent la branche principale (2). Système (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’organe fixe (17) est intercalé entre les premier et second séparateurs (13, 14) d’une part et entre les première et seconde pattes (18, 20) d’autre part, les première et seconde pattes (18, 20) étant respectivement en contact avec la face supérieure et la face inférieure de l’organe fixe (17) lorsque le système (1) est en position passive. Système (1) selon l’une des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que les premier et second séparateurs (13, 14) présentent chacun un chanfrein (24) configuré pour faciliter l’ouverture des premier et second contacts électriques (16, 19). Système (1) selon l’une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les première et seconde pattes (18, 20) sont symétriques et se rejoignent au niveau d’une semelle commune (21) qui est connectée à la borne commune de sortie (5), chacune des première et seconde pattes (18, 20) comprenant un tronçon convexe (22) et un tronçon concave (23) en contact avec l’organe fixe (17) lorsque le système (1) est en position passive. Système (1) selon l’une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que chacun des premier et second séparateurs (13, 14) est guidé en translation entre une structure (12) du système (1) et l’organe fixe (17). Système (1) selon l’une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les branches principale et secondaire (2, 3) sont horizontalement l’une à côté de l’autre, l’actionneur (7a, 7b) étant verticalement au-dessus des premier et second séparateurs (13, 14) et de la branche principale (2). Système (1) selon l’une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que les premier et second séparateurs (13, 14) sont solidaires du piston (9a) via un élément de liaison (41a), les premier et second séparateurs (13, 14) et le piston (9a) étant mobiles en translation suivant un même sens de déplacement, lorsque le système (1) passe d’une position passive à une position active. Système (1) selon l’une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que les premier et second séparateurs (13, 14) sont solidaires du piston (9b) via un levier (45) articulé par rapport à une structure (12) du système (1), les premier et second séparateurs (13, 14) étant mobiles en translation suivant un sens de déplacement qui est opposé à celui du piston (9b), lorsque le système (1) passe d’une position passive à une position active. Système (1) selon la revendication 12, caractérisé en ce que l’actionneur (7b) comprend une tige (44) présentant une première extrémité fixée au piston (9b) et une seconde extrémité portant une première goupille (46) insérée dans un premier trou oblong du levier (45), le système (1) comprenant un élément de liaison (41b) présentant une première extrémité solidaire des premier et second séparateurs (13, 14) et une seconde extrémité portant une seconde goupille (48) insérée dans un second trou oblong (49) du levier (45), le levier (45) étant articulé entre les premier et second trous oblongs (47, 49). Circuit électrique comprenant au moins un propulseur électrique et un système de protection contre un court-circuit (1) selon l’une des revendications précédentes. Aéronef comprenant un circuit électrique selon la revendication 14.