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USINE BELGE DE MATERIEL ELECTRIQUE VYNCKIER FRERES ET C , S.A., résidant à
GAND COUPE-CIRCUIT.
La présente invention est relative à un coupe-circuit comportant au moins un élément fusible.
Les coupe-circuit de ce genre sont utilisés pour protéger un ou plusieurs organes faisant partie d'un circuit électrique contre des courants électriques qui dépassent une valeur prédéterminée.
En pratique, ces courants électriques proviennent de deux causes différentes. Pour fixer les idées, il est supposé que l'intensité nominale (In) d'un coupe-circuit soit de 60 Ampères.-Si un court-circuit se produit quelque part dans le circuit électrique protégé par ce coupe-circuit', ce der- nier sera parcouru par un courant électrique dont l'intensité dépasse l'in- tensité nominale de plusieurs dizaines de fois et l'élément fusible fondra en pratique instantanément.
Si d'autre part le circuit électrique protégé par ce coupe-cir- cuit est surchargé, Isolément fusible du coupe-circuit ne fondra pas immé- diatement mais après un laps de temps qui dépendra de l'intensité du courant.
Ce dernier est dans les cas de surcharges habituelles de l'ordre de 1,6 à 2 ou 3 fois l'intensité nominale (In). Chaque coupe-circuit est d'ailleurs ca- ractérisé par un diagramme :intensité de courant, temps de fusion. Il est en effet évident que l'élément fusible fondra d'autant plus vite que le cou- rant de surcharge sera plus intense.
La figure 1 est d'ailleurs un diagramme de ce genre dans lequel, comme d'habitude, l'intensité de courant (I) est mise en abscisse et le temps de fusion en ordonnée. Il est cependant à remarquer qu'en règle générale il est utilisé une échelle logarithmique pour les ordonnées.
Pour un coupe-circuit ordinaire le temps de fusion est infini pour toutes les intensités de courant en dessous de peut avoir un maximum de 2 heures pour 1 = 1,6 In et est de l'ordre d'une seconde pour 1 = 10 In. Deux heures est la limite du temps de fusion qui peut être toléré pour 1 = 1,6 In. En général, ce temps de fusion pour 1 = 1,6 In est de loin inférieur à deux heures. Les diagrammes dont il est question ci-dessous ont
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cependant été dessinés pour un temps de fusion de 2 heures pour I = 1,6 In.
En pratique, l'emploi d'un coupe-circuit se présente sous deux formes différentes : ou bien le coupe-circuit protège un circuit électrique qui comporte plusieurs appareils tels que des transformateurs, moteurs et lampes d'éclairage en parallèle, ou bien le coupe-circuit sert à la protec- tion d'un appareil déterminé. Il est à remarquer que chaque appareil élec- trique est parcouru à certains moments spéciaux par un courant dont l'inten- sité dépasse dans une grande mesure l'intensité de régime. A titre d'exemple il est rappelé que l'intensité du courant parcourant un moteur électrique lors du démarrage dépasse de plusieurs fois l'intensité du courant parcourant ce même moteur lors de son fonctionnement de régime.
Il en est de même du courant parcourant la bobine primaire d'un transformateur- lors de la mise sous tension de ce dernier.
Quoique l'intensité du courant qui parcourt un appareil électri- que lors d'un phénomène de transition varie, il n'est cependant rien qui em- pêche que le raisonnement qui suit se fasse sur un courant moyen (Im) qui influence le coupe-circuit de la même manière que le courant réel.
Dans l'exemple donné ci-dessous, il est supposé que le phénomè- ne de transition a une durée d'une seconde et que le courant qui traverse l'appareil lors du phénomène de transition a une intensité qui est égale à dix fois l'intensité de régime.
Si six appareils se trouvent en parallèle dans un circuit élec- trique qui est protégé par un coupe-circuit dont l'intensité nominale est de 60 A et si chacun des appareils a un courant de régime de 10 A, lors de la mise en marche ou d'un autre phénomène de transition d'un des appareils, l'intensité totale sera de (5 x 10 A) + (10 x 10 A) = 150A = 2.5 x 60 A = 2,5In.
Dans cet exemple il est supposé que les courants dans les di- vers appareils sont pratiquement en phase et qu'il n'y a pas de phénomènes de transition qui se produisent en même temps dans les différents appareils.
Il résulte donc de ce qui précède qu'un phénomène de transition correspond à un courant à travers le coupe-circuit, courant dont l'intensité dépasse de quelques fois l'intensité nominale et ceci pendant un laps de temps de l'ordre d'une seconde. Pour un.1 de l'ordre de 2,5 In, le temps de fusion dépasse sensiblement la seconde et l'élément fusible ne fondra pas. Cet é- lément ne fondra que lors d'un court-circuit lorsque I sera de l'ordre de quelques dizaines'de fois In.
Le problème se pose cependant d'une manière différente lorsqu'un coupe-circuit protège un seul appareil. En effet, dans ce dernier cas, pour un appareil qui est parcouru en régime par un courant de 60 A, l'intensité du courant de transition (Im) sera de l'ordre de 10 x 60 A = 600 A = 10 In.
Un courant de l'ordre de 10 In ne pourra pas toujours¯être supporté pendant une seconde et si tel n'est pas le cas, l'élément fusible fondra lors du phénomène de transition. Ceci est évidemment une situation qui ne peut pas être tolérée et il existe jusqu'ici deux moyens qui tendent d'y remédier.
Chacun de ces moyens présente cependant des inconvénients.
En premier lieu, le coupe-circuit peut être mis hors circuit au cours du phénomène de transition. Ceci entraîne la nécessité d'un appareil- lage plus compliqué,.par exemple d'un interrupteur à contacts multiples qui permet la connexion de l'appareil à la source de tension par l'intermédiai- re du coupe-circuit ou directement. Si ce premier moyen est utilisé, l'appa- reil n'est nullement protégé pendant les phénomènes de transition, même pas contre les courts-circuits, ce qui est généralement inadmissible. Ce premier moyen n'est donc utilisé que dans des cas exceptionnels.
En second lieu, un coupe-circuit d'une intensité nominale plus forte peut être utilisé. Dans ce cas, l'appareil électrique reste protégé contre les courts-circuits, même pendant les phénomènes de transition. Tou- tefois, la protection de l'appareil contre les surcharges devient moins ef- ficace,voire illusoire. En effet, si pour la protection d'un appareil dont
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le courant normal de régime est de 60 A, il est fait usage d'un coupe-cir- cuit d'une intensité nominale de 80 A, l'élément fusible ne fondra pas du tout pour un courant de 1,3 x 80 A = 104 A et fondra après un temps qui va- rie entre quelques minutes et deux heures (dans les cas représentés à la fig. 1 l'élément ne fondra qu'après deux heures.) pour un courant de 1,6 x 80 A = 128 A.
Il résulte de cet exemple qu'une surcharge de 104 - 60 = 44 =
60 60 73,3 % sera tolérée pendant une durée illimitée et qu'une surcharge de 128 - 60 = 68 = 113,3 % sera tolérée pendant un temps qui varie entre quel-
60 60 ques minutes et deux heures.
Le coupe-circuit idéal devrait en l'occurrence avoir un élément fusible qui fond endéans les deux heures pour une surcharge de 60 %, donc pour une intensité de 1,6 x 60 = 96 A. Pour une intensité de 1,3 x 60 = 78A pendant un temps illimité, l'élément fusible ne devrait pas fondre, mais pour une intensité de l'ordre de 10 In la durée de fusion devrait être plus grande que la durée de fusion de Isolément fusible des coupe-circuit connus.
En d'autres mots, le point A situé par exemple à (1,6 In, 2 h) devrait être conservé, mais pour le reste la courbe des coupe-circuit connus se trouve en dessous de la courbe idéale qui pérmettrait de supporter le courant traversant le coupe-circuit lors des phénomènes de transition.
La présente invention a essentiellement pour but de créer un cou- pe-circuit dont le diagramme se rapproche du diagramme idéal.
A cet effet, l'élément fusible susdit du coupe-circuit selon l'invention présente au moins une saillie bonne conductrice de chaleur:
Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, la saillie susdite se présente vers le milieu de l'élément susdit.
Dans une forme de réalisation préférée de cette même invention, l'axe de la saillie susdite est perpendiculaire à l'axe de l'élément susdit.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description d'un coupe-circuit selon l'invention donnée ci-après.à ti- tre d'exemple non limitatif et avec références aux dessins ci-annexés.
La figure 1, à laquelle le texte ci-dessus s'est déjà référé, comporte deux diagrammes de coupe-circuit. -
La figure 2 est une vue en coupe d'un coupe-circuit selon l'in- vention. -
La figure 3 est une vue en élévation du coupe-circuit selon la figure 2.
La figure 4 est une vue en plan du coupe-circuit selon les figu- res 2 et 3.
Dans les figures 2 à 4 les mêmes notations de référence désig- nent des éléments identiques.
Le coupe-circuit selon l'invention ne diffère des coupe-circuit connus que par l'élément fusible 1. Il comporte donc une enveloppe en matiè- re isolante 2 contre laquelle viennent s'appliquer deux plaques métalliques 3.- Des plaques isolantes 4 sont cependant prévues entre l'enveloppe 2 et les plaques métalliques 3. Les pièces'de connexion 5, par lesquelles le coupe- circuit est fixé sur un tableau, se trouvent partiellement à l'intérieur et partiellement à l'extérieur de l'enveloppe 2. Ces pièces de connexion travers sent à cet effet les plaques métalliques 3 et les plaques isolantes 4. La fixation des différents organes entre eux se fait au moyen de vis 6. Les é- léments fusibles 1 sont soudés aux pièces de connexion 5. Chacun de ces élé- ments comporte deux saillies 7 qui se présentent vers le milieu de ces élé- ments.
L'axe des saillies est perpendiculaire à l'axe de l'élément fusible sur lequel ces saillies se présentent. Ces saillies sont par exemple des
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barrettes constituées de la même matière que celle des éléments fusibles 1.
Il n'y a rien qui empêche que ces barrettes comportent vers leurs extrémités des masselottes, telles que 7, qui augmentent encore davantage.la capacité calorique de l'élément fusible, sans influencer sensiblement la ré'sistance de ce dernier:
Ces saillies ont en effet essentiellement pour but d'augmenter la capacité calorique de l'élément fusible sans influencer sensiblement sa résistance. Il est en effet évident que pour une même résistance, un même comant produira une même¯ quantité de chaleur dans les éléments fusibles. Sila masse de l'élé- ment fusible est plus grande, la capacité calorique sera plus grande.
Ceci sera expliqué plus en détail à l'aide de la figure 1, qui contient le dia- gramme (a) du coupe-circuit selon l'invention et celui (b) d'un coupe-cir- cuit connu.
Supposons que les deux coupe-circuit sont construits pour une même intensité nominale et qu'ils sont calibrés de la même manière, c'est- à-dire que le temps de fusion soit de deux heures au maximum pour I = 1,6 In.
Dans ces conditions, pour I = 1,3 In l'élément fusible d'aucun des coupe-circuit ne fondra; le temps de fusion sera infini. Dans le cas de courts-circuits, donc I = plusieurs dizaines de fois In, la chaleur pro- duite dans les éléments fusibles n'aura pas le temps de se diviser sur tout l'élément, parce que l'endroit le plus faible fondra pratiquement immédia- tement. En pratique, l'endroit le plus faible présentera la même .surface de coupe dans les éléments fusibles des deux coupe-circuit, de sorte que pour des courts-circuits la fusion s'effectuera en même temps dans le coupe-cir- cuit selon a que dans le coupe-circuit selon b.
Pour une durée de 2 heures par exemple (I = 1,6 In), la capaci- té calorique ne joue pas un grand rôle parce qu'après 2 heures la températu- re est partout la même dans l'élément fusible. Cette capacité présente une importante primordiale pour des durées dé l'ordre d'une seconde. Si pendant cette durée la chaleur produite peut se diviser dans une masse plus grande, l'élément fusible fondra moins vite. Ceci est réalisé par les saillies 7 qui augmentent sensiblement la masse de l'élément fusible sans influencer sensiblement sa résistance. La courbe a se trouvera donc sensiblement au-des- sus de la courbe b dans la région de I = 2 à 10 In, donc dans la partie dan- gereuse, c'est-à-dire la partie du diagramme dont dépend la fusion ou la non- fusion des éléments fusibles au cours d'un phénomène de transition.
Il est bien entendu que l'invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci-avant et que bien des modifications peu- vent y être apportées notamment quant à la forme, à la constitution, au nom- bre et à la disposition des éléments intervenant dans sa réalisation sans sortir du cadre de la présente demande de brevet.
REVENDICATIONS.
1. Coupe-circuit comportant au moins un élément fusible, carac- térisé en ce que l'élément fusible susdit présente au moins une saillie bon- ne conductrice de chaleur.
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BELGIAN FACTORY OF ELECTRICAL EQUIPMENT VYNCKIER FRERES ET C, S.A., residing in
GHENT CIRCUIT BREAKER.
The present invention relates to a circuit breaker comprising at least one fuse element.
Circuit breakers of this kind are used to protect one or more components forming part of an electric circuit against electric currents which exceed a predetermined value.
In practice, these electric currents come from two different causes. To fix ideas, it is assumed that the nominal current (In) of a circuit breaker is 60 Amperes. - If a short circuit occurs somewhere in the electrical circuit protected by this circuit breaker ', this the latter will be traversed by an electric current the intensity of which exceeds the nominal intensity by several tens of times and the fuse element will in practice melt instantaneously.
If, on the other hand, the electric circuit protected by this circuit breaker is overloaded, the fuse insulation of the circuit breaker will not melt immediately but after a period of time which will depend on the intensity of the current.
The latter is in the case of usual overloads of the order of 1.6 to 2 or 3 times the nominal current (In). Each circuit breaker is also charac- terized by a diagram: current intensity, melting time. It is in fact obvious that the fuse element will melt the faster the more intense the overload current is.
FIG. 1 is moreover a diagram of this kind in which, as usual, the current intensity (I) is placed on the abscissa and the melting time on the ordinate. However, it should be noted that as a general rule a logarithmic scale is used for the ordinates.
For an ordinary circuit breaker, the melting time is infinite for all current intensities below can have a maximum of 2 hours for 1 = 1.6 In and is of the order of one second for 1 = 10 In Two hours is the limit of the melting time which can be tolerated for 1 = 1.6 In. In general, this melting time for 1 = 1.6 In is far less than two hours. The diagrams discussed below have
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however, were designed for a melting time of 2 hours for I = 1.6 In.
In practice, the use of a circuit breaker comes in two different forms: either the circuit breaker protects an electrical circuit that includes several devices such as transformers, motors and lighting lamps in parallel, or the circuit breaker is used to protect a specific device. It should be noted that each electrical appliance is traversed at certain special times by a current the intensity of which greatly exceeds the operating intensity. By way of example, it is recalled that the intensity of the current flowing through an electric motor during starting exceeds by several times the intensity of the current flowing through this same motor when it is operating at speed.
The same applies to the current flowing through the primary coil of a transformer when the latter is energized.
Although the intensity of the current flowing through an electrical device during a transition phenomenon varies, there is nothing to prevent the following reasoning from being done on an average current (Im) which influences the cut. -circuit in the same way as the real current.
In the example given below, it is assumed that the transition phenomenon has a duration of one second and that the current flowing through the device during the transition phenomenon has an intensity which is equal to ten times l diet intensity.
If six devices are in parallel in an electric circuit which is protected by a circuit breaker with a nominal current of 60 A and if each of the devices has an operating current of 10 A, when switching on or another transition phenomenon of one of the devices, the total current will be (5 x 10 A) + (10 x 10 A) = 150A = 2.5 x 60 A = 2.5In.
In this example it is assumed that the currents in the various devices are practically in phase and that there are no transition phenomena occurring at the same time in the different devices.
It therefore follows from the foregoing that a transition phenomenon corresponds to a current through the circuit breaker, a current the intensity of which exceeds the nominal intensity by a few times and this for a period of the order of a second. For un.1 of the order of 2.5 In, the melting time appreciably exceeds one second and the fuse element will not melt. This element will only melt during a short circuit when I is of the order of a few tens of times In.
The problem arises in a different way, however, when a circuit breaker protects a single device. In fact, in the latter case, for a device which has a current of 60 A running through it, the intensity of the transition current (Im) will be of the order of 10 x 60 A = 600 A = 10 In.
A current of the order of 10 In cannot always be withstood for one second and if this is not the case, the fuse element will melt during the transition phenomenon. This is obviously a situation which cannot be tolerated and there are so far two means which tend to remedy it.
Each of these means, however, has drawbacks.
First, the circuit breaker can be switched off during the transition phenomenon. This results in the need for more complicated apparatus, for example a multi-contact switch which allows the apparatus to be connected to the voltage source through the circuit breaker or directly. If this first means is used, the apparatus is in no way protected during the transition phenomena, not even against short circuits, which is generally inadmissible. This first means is therefore only used in exceptional cases.
Second, a circuit breaker with a higher current rating can be used. In this case, the electrical device remains protected against short circuits, even during transition phenomena. However, the protection of the device against overloads becomes less effective, even illusory. Indeed, if for the protection of a device whose
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normal operating current is 60 A, a circuit breaker rated at 80 A is used, the fuse element will not melt at all for a current of 1.3 x 80 A = 104 A and will melt after a time which varies between a few minutes and two hours (in the cases shown in fig. 1 the element will only melt after two hours.) For a current of 1.6 x 80 A = 128 A.
It follows from this example that an overload of 104 - 60 = 44 =
60 60 73.3% will be tolerated for an unlimited period and that an overload of 128 - 60 = 68 = 113.3% will be tolerated for a time which varies between
60 60 ques minutes and two hours.
The ideal circuit breaker in this case should have a fuse element which melts within two hours for an overload of 60%, therefore for an intensity of 1.6 x 60 = 96 A. For an intensity of 1.3 x 60 = 78A for an unlimited time, the fuse element should not melt, but for an intensity of the order of 10 In the duration of fusion should be greater than the duration of fusion of the fuse isolated from known circuit breakers.
In other words, the point A located for example at (1.6 In, 2 h) should be kept, but for the rest the curve of known circuit breakers is below the ideal curve which would allow to withstand the current flowing through the circuit breaker during transition phenomena.
The main object of the present invention is to create a circuit breaker whose diagram approaches the ideal diagram.
For this purpose, the aforementioned fuse element of the circuit breaker according to the invention has at least one projection which is a good conductor of heat:
In an advantageous embodiment of the invention, the aforesaid protrusion occurs towards the middle of the aforesaid element.
In a preferred embodiment of this same invention, the axis of the aforesaid projection is perpendicular to the axis of the aforesaid element.
Other details and features of the invention will emerge from the description of a circuit breaker according to the invention given below by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings.
Figure 1, to which the text above has already referred, has two circuit breaker diagrams. -
Figure 2 is a sectional view of a circuit breaker according to the invention. -
Figure 3 is an elevational view of the circuit breaker according to Figure 2.
Figure 4 is a plan view of the circuit breaker according to Figures 2 and 3.
In FIGS. 2 to 4, the same reference notations designate identical elements.
The circuit breaker according to the invention differs from known circuit breakers only by the fuse element 1. It therefore comprises an insulating material casing 2 against which two metal plates are applied 3. Insulating plates 4 are however provided between the casing 2 and the metal plates 3. The connection pieces 5, by which the circuit breaker is fixed to a switchboard, are located partly inside and partially outside the casing 2. These cross connection pieces feel for this purpose the metal plates 3 and the insulating plates 4. The various components are fixed to each other by means of screws 6. The fuse elements 1 are welded to the connection pieces 5. Each of these elements comprises two projections 7 which appear towards the middle of these elements.
The axis of the protrusions is perpendicular to the axis of the fuse element on which these protrusions arise. These projections are for example
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strips made of the same material as that of the fuse elements 1.
There is nothing preventing these bars from having weights, such as 7, towards their ends, which further increase the heat capacity of the fuse element, without appreciably influencing the resistance of the latter:
The main purpose of these projections is in fact to increase the heat capacity of the fuse element without appreciably influencing its resistance. It is indeed obvious that for the same resistance, the same comant will produce the same quantity of heat in the fusible elements. The greater the mass of the fuse element, the greater the caloric capacity.
This will be explained in more detail with the aid of FIG. 1, which contains the diagram (a) of the circuit breaker according to the invention and that (b) of a known circuit breaker.
Suppose that the two circuit breakers are built for the same nominal current and that they are calibrated in the same way, that is to say that the melting time is two hours at most for I = 1.6 In .
Under these conditions, for I = 1.3 In, the fuse element of none of the circuit breakers will melt; the fusion time will be infinite. In the case of short circuits, therefore I = several tens of times In, the heat produced in the fusible elements will not have time to divide over the entire element, because the weakest point will melt. almost immediately. In practice, the weakest place will have the same cutting surface in the fuse elements of the two circuit breakers, so that for short circuits the fusion will take place at the same time in the circuit breaker according to a than in the circuit breaker according to b.
For a period of 2 hours for example (I = 1.6 In), the caloric capacity does not play a big role because after 2 hours the temperature is the same everywhere in the fuse element. This capacity is essential for durations of the order of one second. If during this time the heat produced can divide into a larger mass, the fuse element will melt less quickly. This is achieved by the protrusions 7 which substantially increase the mass of the fuse element without significantly influencing its resistance. The curve a will therefore be found appreciably above the curve b in the region of I = 2 to 10 In, therefore in the dangerous part, that is to say the part of the diagram on which the melting depends. or the non-melting of the fusible elements during a transition phenomenon.
It is understood that the invention is in no way limited to the embodiment described above and that many modifications can be made to it, in particular as regards the form, the constitution, the number and the size. arrangement of the elements involved in its production without departing from the scope of the present patent application.
CLAIMS.
1. Circuit breaker comprising at least one fuse element, charac- terized in that the aforesaid fuse element has at least one protrusion which is good conductive of heat.