CA1273054A - Condensateur basse tension autoprotege - Google Patents

Abstract

CONDENSATEUR BASSE TENSION AUTOPROTEGE Condensateur de puissance basse tension du type autocicatrisant, dans lequel chaque élément de condensateur est muni d'une protection individuelle, permettant une déconnexion de l'élément dans tous les cas de défaut, susceptibles d'intervenir. La bobine de l'élément est connectée électriquement en série d'un fusible logé dans une chambre ménagé dans le capot d'obturation du boîtier de logement de la bobine . Une protection contre les surpressions à l'intérieur du boîtier est assurée par une membrane dont la déformation actionne un contact court-circuiteur. Le courtcircuit franc, engendré par la fermeture du contact courtcircuiteur provoque la fusion du fusible et la déconnexion de l'élément défectueux .

Description

~LX~3054 CONDENSAT~UR BASSE T~NSION AUTOPROTEGE

L'invention est relative à un élément d'un condensateur de puissance, à film métallisé, essentiellement utilisé pour la correction du facteur de puissance en basse tension. Le condensateurestditautocicatrisant, carla présencededéfauts mineursdans le film diélectriqueentralne un claquage localisé, qui conduit à l'évaporation des électrodes au voisinage du défaut sans dommages pour le film adjacent. Un élément condensateur est réalisé par l'enroulement de films plastiques métallisés et le condensateur consiste en un assemblage d'éléments bobinés, connectés selon un arrangement série parallèle, fonction de la puissance. Lors de sollicitations anormales, notamment de surtension ou d'une élévation de température, un claquage diélectrique peut détériorer les propriétésd'autocicatrisation ducondensateur.L'augmentation résultante du courant, qui traverse l'élément, provoque une élévation de température au voisinage du défaut et une production de gaz de décomposition du film plastique. Sous l'effet de la pression, le boitier peut éclater. Un dispositif classique de protection consiste à mettre l'ensemble des éléments dans une boite métallique suffisamment solide pour contenir les gaz émis. Le défaut est mis hors circuit après destruction complète de l'élément affecté du défaut, mais il subsiste un risque de court-circuit interne important et un risque d'explosion. Une autre solution connue consiste à
associer à chaque élément de condensateur un fusible électrique qui interrompt le circuit et déconnecte l'élément défectueux lors d'une surintensité. Cette protection est inefficace lorsque ledéfaut est impédant,donc lorsquele courantde court-circuit est limité.

L'augmentation de pression provoque une déformation du boitier et il a déjà été proposé de prévoir un couvercle déformable ou éjectable sous l'effet de la lX73~5~

pression, cette déformation ou éjection arrachant un fil de connexion de l'elément pour assurer sa déconne~ion. Cette protection est efficace pour les faibles surintensités, mais elle présente l'inconvénient d'un réamor~age quand la déconnexion a lieu avec des courants de court-circuits importants. Un tel r~amorcage provoque l'ouverture ou l'explosiondu boitieravec un risqued'incendieoutoutau moins un fort dégagement de fumée endommageant les équlpements voisins. Une variante décrite dans ce document consiste à
sectionner l'isolant d'un fil de connexion pour créer un court-circuit, mais le fonctionnement n'est pas fiable.

La présente invention a pour butde permettrela réalisation d'un condensateur autocicatrisant, équipé d'une protection efficace en cas de détérioration de la propriété d'autocicatrisation~

La surpression dans le boîtier engendre un court-circuit franc qui est éliminé par le fusible associé à l'élément et incorporé
au boitier ou au capot de fermeture du bo;tier de l'élément.

Le contact court-circuiteur peut être une simple lame élastique dont l'extrémité libre est retenue par une butée. Lors d'une libération de la lame, par exemple par effacement de la butée ou par une déformation de la lame sous l'action d'une partie déformable du boîtier, la lame se déplace brusquement en position de fermeture du contact court-circuiteur. La partie déformable du boitier est, selon un mode de mise en oeuvre préferé de l'invention, une membrane obturant l'un des fonds du boîtier et intercalée entre le boitier et un capot formant couvercle. Le boitier, la membrane, et le capot sont avantageusementen matière plastique et leur assemblage étanche est réalisé par une coulée de matière polymérisable.

Le fusible, placé en série de l'élément, est incorporé au capot et ses caractéristiques sont bien entendu appropriées à l'usage ~73054 du condensateur de puissance. Le fusible doit notamment supporter en permanence le courant nominal et de plus, les courants transitoires d'enclenchement. Il doit également avoir un temps de réponse suffisamment faible pour couper le courant de court-circuit, dû à la fermeture du contact court-circuiteur, avant la rupture du boltier sous l'effet de la pression. Il est important de prévoir entre la paroi interne du boîtier et l'élément bobiné enrobé un interstice de cheminement des gaz vers la membrane pour provoquer la déformation de cette dernière avant tout risque d'explosion du boltier sous l'effet d'une surpression locale. La protection combinée par un fusible électrique et par une membrane déformable actionnant un court-circuiteur, assure une déconnexion efficace de l'élément sur tout type de défaut susceptible d'apparaître dans un condensateur autocicatrisant. La parfaite autoprotection de chaque élément évite l'emploi de boltiers métalliques à haute performance mécanique.

Selon un développement de l'invention, le capot présente une section carrée dans laquelle s'inscrit la section circulaire du boltier, les bords du capot présentant des moyens de fixation, notamment d'encliquetage à des capots adjacents. Ce système modulaire permet la réalisation de condensateurs ayant un nombre quelconque d'éléments sans faire appel à des châssis ou des systèmes de liaison particuliers.

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels:

- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un élément de condensateur selon l'invention en position normale de fonctionnement;

- la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, montrant l'élément lors d'une surpression interne ~.~73~5~

- la figure3estune vueen plande lamembranedel'élément selon la figure 1 ;

- la figure 4 est une coupe suivant laligneIV-IVdela figure 3;

- la figure S est une vue en plan montrant plusieurs capots d'éléments assemblés par encliquetage.

Sur les figures, un élément de condensateur 10 comporte un boltier cylindrique 12, notamment en matière plastique, dont l'un 14 des fonds est ouvert. A l'intérieur du boîtier 12 est logée une bobine16formée par un enroulementdefilms plastiques métallisés. La bobine est enrobée dans une résine de la manière usuelle et elle présente deux fils de connexion 18, 20, sur la face du côté du fond ouvert 14 du boltier 12. La bobine 16 est du type à autocicatrisation lors d'un claquage localisé en un point. Ce claquage localisé provoque une évaporation de la métallisation au point de claquage et decefaituneisolation de cette zone en défaut. La bobine 16 conserve son isolation et la perte de capacité, due à l'évaporation ponctuelle de la métallisation, est pratiquement négligeable. Le film plastique est avantageusement un film de polypropylène métallisée par une couche d'aluminium de zinc ou d'un alliage aluminium zinc.

Après mise en place de la bobine16, le boltier 12 est coiffé par une membrane 22 représentée en détail sur les figures 3 et 4. La membrane 22 en matière plastique souple présente sur son pourtour une rainure circulaire 24 s'encliquetant sur un rebord 26 du fond du boltier 12. Cet encliquetage assure une liaison provisoireentre la membrane formant couvercle et le boltier12.
La partie centrale de la membrane 22 porte une saillie 27 et la partie périphérique des traversées 28, 30, respectivement de passage des conducteurs de connexion 18, 20. Un capot 32 en matière plastique rigide coiffe la membrane 22 en s'emboîtant sur le pourtour externedufond ouvert14du boltier12.La partie centrale du capot 32 est creuse pour constituer une chambre 34 1~7~54 dont l'un des fonds est constitué par la parti.e centrale de la membrane 22 et dont l'autre fond est obturé par un couvercle 36. A
l'intérieur ou à l'extérieur de la chambre 34 est diposé un fusible 38 ayant des fils de connexion 40, 42, traversant le couvercle 36. Dans cette chambre 34 est également disposé un contact court-circuiteur constitué par une lame élastique 44, dont l'une des extrémités 46 est rigidement assujettie au capot 32, en l'occurrence à la paroi interne délimitant la chambre 34.
La lame élastique 44 constitue le contact mobile du contact court-circuiteur susceptible de coopérer avec un contact fixe 48, porté par le fusible 38. L'élasticité de la lame de contact 44 sollicite cette dernière au contact du contact fixe 48 de la manière représentée à la figure2.

En position normale de fonctionnement, représentée à la figure 1, l'extrémité libre 50 de la lame élastique 44 est retenue par un bec 52 ménagé dans la paroi de la chambre 34. Le bec 52 maintient la lame élastique 44 dans une position rectiligne en regard de la saillie 27 de la membrane 22 et a écartement du contact fixe 48.
L'un 56 des conducteurs de raccordement de l'élément 10 est relié
au conducteur 40 du fusible 38, tandis que l'autre 58 est relié
d'une part au conducteur 18 de la bobine 16 et d'autre part à un conducteur 54 de liaison à la lame élastique 44. Le contact fixe 48 du court-circuiteur est relié au conducteur 42 du fusible 38, lui-même connecté au conducteur 20 de la bobine 16. En se référant à la figure 1, il est facile de voir que la bobine 16 et le fusible 38 sont connectés électriquement en série, tandis que le contact court-circuiteur 44, 48, est ouvert. En position de fermeture du contact court-circuiteur, représentée à la figure

2, ce dernier shunte la bobine 16 en étant connecté en série du fusible 38. La fermeture du contact court-circuiteur 44, 48, provoque un court -circuit franc, éliminé par la fusion du fusible 38.

Le capot 32 présente deux orifices tubulaires 60, 62, en alignement des traversées 28, 30, de la membrane 22 pour le passage des conducteurs 18, 20. Les interfaces entre les ~X7310S~

;

orifices 60, 62 et les traversées 28, 30, ont des formes tronconiques conjuguées permettant un emboltementavec un effet de coincement et de serrage les conducteurs 18, 20, qui les traversent. Surle pourtourexterne ducapot 32, sontménagésdes rainures 64 qui s'étendent jusqu'à la zone d'embo1tement du capot 32 sur le boltier 12. Ces rainures 64 permettent la coulée d'une matiè~e polymérisable, par exemple d'une résine polyuréthane qui solidarise par collage l'ensemble emboîté
bo1tier 12, membrane 22 et capot 32. Une coulée de matière polymérisable dans les orifices tubulaires 60, 62 assure l'étanchéité des traversées 28, 30. L'intérieur du boltier 12 peut être rempli d'une résine solidifiée si l'on prend soin de ménager entre le boîtier 12 et l'ensemble bobine 16, résine solidifiée, un intervalle annulaire permettant un échappement des gaz vers la membrane 22. Sur les figures 1 et 2, la matière polymérisable qui remplit les orifices 60, 62, et les rainures 64, n'est pas visible, mais il est facile de comprendre que le boltier 12 est obturé d'une manière étanche et qu'une surpression interne provoque une déformation de la membrane 22 vers l'extérieur, la saillie 27 se dépla~ant vers le haut en engageant la lame élastique 44. Sous l'action de la saillie 27, la lame élastique 44 se courbe jusqu'au moment où son extrémité
50 sedégage dubec52 et, libérée, sedéplacebrusquementversle contact fixe 48 pour fermer le contact court-circuiteur 44, 48.

Le capot32, de formecarrée, comporte sur des côtés opposés, des éléments d'encliquetaqe 68, de forme conjuguée, permettant un assemblage avec des capots 32', 32'l, d'éléments de condensateur associés. Ce mode d'assemblage par encliquetage facilite la réalisationde condensateurs à plusieurs éléments10, connectés en série parallèle.

L'autoprotection de l'élément condensateur lO est effectuée de la manière suivante :

- en fonctionnement normal, représenté à la figure1, le contact court-circuiteur44, 48, est ouvertet la bobine16 est connectée ~ ~73~S~

en série du fusible 38. Un claquage localisé, dû à un défaut mineur,est éliminé parl'effetd'autocicatrisation résultantde l'évaporation des électrodes au voisinage du défaut. Lors d'une détérioration des propriétés d'autocicatrisation de la bobine 16, par exemple due à un nombre importantde claquages localises ou à un vieillissement de l'élément, un claquage diélectrique important peut intervenir,lors de sollicitations anormales, provoquant un courant de défaut. La protection est dans ce cas, réalisée selon le type dedéfaut, soitdirectementparle fusible 38, dont la fusion déconnecte l'élément 10, soit par l'augmentation de pression dans le boîtier 12 et la déformation de la membrane 22, qui actionne le contact court-circuiteur 44, 48. La fermeture de ce contact court--circuiteur 44, 48 engendre un court-circuit franc et de ce fait, une fusion du fusible 38 assurant la déconnexion de l'élément 10. Cette autoprotection intervient en tous les cas avant toute déformation notable du boltier12, évitant tout effet externe. Le boîtier12 peut ainsi être réalisé en matière plastique et il est inutile de prévoir une cuve métallique de logement de l'ensemble des éléments constitutifs du condensateur. Il est clair quele contact court-circuiteur 44, 48, peut être réalisé d'une manière différente, par exemple par un verrou de maintien de l'extrémité libre 50 de la lame élastique 44, lequel verrou serait libéré par la déformation de la membrane 22 par toutrnoyen approprié. La lame élastique 44 peut bien entendu être un contact mobile à
dispositif d'actionnement brusque bien connu des spécialistes.
Ilest important que l'actionnement du contact court-circuiteur est réalisé par des forces relativement faiblesetque l'élément 10 est rapidement mis hors tension par la fusion du fusible 38.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Un élément de condensateur basse tension comprenant :

- un enroulement bobiné autocicatrisant - une enveloppe externe rigide entourant ledit enroulement, ladite enveloppe ayant un boîtier à fond ouvert et une membrane déformable d'obturation dudit fond ouvert, - un premier compartiment de ladite enveloppe, confinée d'une manière étanche par le boîtier et la membrane déformable et dans lequel est logé ledit enroulement, - un premier et un deuxième conducteurs de connexion dudit enroulement bobiné, traversant d'une manière étanche ladite membrane, - un contact court-circuiteur ayant une paire de contacts fixe et mobile susceptibles d'être actionnée lors d'une déformation de ladite membrane sous l'action d'une surpression engendrée dans le premier compartiment, pour mettre en court-circuit franc ledit enroulement bobiné lors de sa fermeture, - un capot coiffant ladite membrane, - un deuxième compartiment confiné par ledit capot et la membrane déformable, dans lequel est disposé le court-circuiteur et un fusible de protection disposé dans ledit deuxième compartiment et inséré dans l'un desdits conducteurs de connexion en série dudit enroulement et dudit contact court-circuiteur pour déconnecter ledit élément de condensateur lors d'une surpression provoquant la fermeture du contact court-circuiteur et lors d'une surintensité parcourant ledit enroulement.

2. Un élément de condensateur selon la revendication 1, dans lequel ledit contact mobile est sollicité élastiquement en position de fermeture, ledit contact court-circuiteur comprenant un accrochage de maintien du contact mobile en position d'ouverture, ladite membrane étant agencée pour libérer ledit contact mobile dudit accrochage, en cas de surpression dans le premier compartiment, et autoriser la fermeture du contact court-circuiteur.

3. Un élément de condensateur selon la revendication 2, dans lequel le contact mobile est une lame flexible ayant une extrémité coopérant avec ledit accrochage constitué par une butée fixe, ladite membrane coopérant avec ladite lame en cas de surpression dans le premier compartiment pour fléchir la lame et faire échapper ladite extrémité de la butée fixe.

4. Un élément de condensateur selon la revendication 1, dans lequel le boîtier et le capot sont en un matériau plastique rigide et la membrane en un matériau plastique souple.

5. Un élément de condensateur selon la revendication 4, dans lequel le boîtier est en forme de cylindre à fond ouvert, ledit capot s'emboîtant sur le fond ouvert du cylindre.

6. Un élément de condensateur selon la revendication 1, dans lequel l'étanchéité du boîtier est réalisée par une coulée de matière polymérisable, qui colle les parties en regard du capot, de la membrane et du boîtier.

7. Un élément de condensateur selon la revendication 6, dans lequel un intervalle de passage du gaz est ménagé entre la paroi interne du boîtier et l'enroulement pour faciliter le cheminement des engendrés dans l'élément vers la membrane.

8. Un élément de condensateur selon la revendication 1, dans lequel le boîtier est en forme de cylindre et est coiffé par un capot de forme carrée, présentant des moyens d'assemblage conjugués de capots adjacents pour constituer un condensateur à
plusieurs éléments assemblés.