EP0987803A1 - Dispositif de protection d'installations électriques contre les pertubations de l'alimentation. - Google Patents

Dispositif de protection d'installations électriques contre les pertubations de l'alimentation. Download PDF

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EP0987803A1
EP0987803A1 EP99402259A EP99402259A EP0987803A1 EP 0987803 A1 EP0987803 A1 EP 0987803A1 EP 99402259 A EP99402259 A EP 99402259A EP 99402259 A EP99402259 A EP 99402259A EP 0987803 A1 EP0987803 A1 EP 0987803A1
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EP
European Patent Office
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cartridge
base
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cursor
face
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EP99402259A
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EP0987803B1 (fr
Inventor
Guy Lafon
Alain Lagnoux
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Soule Protection Surtensions SA
Original Assignee
Soule Materiel Electrique
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/12—Means structurally associated with spark gap for recording operation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors

Definitions

  • the present invention relates to protective devices electrical installations against supply disturbances.
  • Protection devices (which will be designated in this text by DAF designation “lightning protection device”) can be integrated into a switchboard controlling the supply of several electrical outlets, or be connected directly upstream of the device to be protected.
  • Existing DAFs whether of the monobloc or modular type, use means for connecting the pins of the elements of connectors (themselves in contact with the supply circuit and the circuit to be protected) to the active part of the DAF.
  • These means generally comprise a conductive part of connection, connected to a first pin of the connector elements and welded to a first terminal of the active part, the other terminal of which is directly connected to the second pin of the connector elements.
  • the weld between the connecting piece and the first terminal of the active part thus ensures mechanical contact between these two elements, and consequently the closing of the circuit of electrical protection formed by the connection elements and the part active DAF.
  • the welding is carried out so that when the current flowing through the DAF exceeds predefined values and characteristics of the DAF, or when the active part which is nearby of the solder causes excessive heating when reaching the end of its life, the connection provided by said weld is undone (by rupture or fusion of the welding) to allow the two elements it connects to separate.
  • the connecting piece is generally subjected to a permanent mechanical stress, tending to separate it from the terminal of the active part to which it is welded.
  • the permanent mechanical stress mentioned above may result elastic deformation before welding of the conductive part, as describes it for example the document EP 0 716 493 in the name of the Applicant.
  • Figure 1 is a diagram showing the main subsets a DAF according to the state of the art.
  • the DAF of this scheme is modular, but its subsets significant with regard to the invention which will be described may also be integrated into a known type of one-piece DAF.
  • the modular DAF 10 is shown, composed of a cartridge 100 which can be plugged into a base 150.
  • the cartridge 100 includes a surge protection circuit 40 which can be of any known type using for example varistors.
  • the circuit 40 is connected to two terminals 101 and 102 each placed on one side side of the cartridge.
  • the cartridge of this modular DAF also includes two pads 103 and 104 for plugging into two respective female connectors 151 and 152 of the base 150.
  • the terminal 102 is directly connected to the pad 104 by a link 1020, while terminal 101 on the opposite side of the cartridge is connected to a first rigid and electrically conductive part 110.
  • the stud 103 is connected to a first end of a flexible braid 105 also conducting electricity, the other end of which is connected to a second rigid part or cursor 120.
  • the cursor 120 is connected to the part rigid 110 by a conductive weld 130.
  • Solder 130 is a low temperature solder which melts under the effect of prolonged exposure to a temperature exceeding approximately 100 ° C. This weld has a double holding function mechanical slider 120 in contact with the rigid part 110, and current routing between the braid 105 and the terminal 101.
  • solder 130 by a non-conductive hot-melt element having a adhesive function (which can be produced for example in wax) ensuring the mechanical holding function and melting under the same conditions thermal, associated with an electrically conductive element capable of ensuring a link between the part 110 and the cursor 120 as long as the element hot melt is in place, this electrically conductive connecting element being however automatically broken when the element is merged hot melt.
  • This electrically conductive connecting element can be formed of one or more thin, electrically conductive embedded wires in the hot-melt element. The mechanical role of these wires is negligible, but said wires provide the electrical connection between the braid and terminal 10.
  • the electrically conductive connecting element can also be consisting of conductive means external to the hot-melt element.
  • a spring 140 permanently requests the cursor 120 for the detach from the part 110.
  • the spring is compressed between a fixed support (which here is integral with the base but can press on an integral part of the cartridge), and the cursor.
  • the spring can also be placed in any other conventional configuration, and in particular exert a traction on the end of the cursor opposite to the base 150.
  • the base 150 comprises two pins 153 and 154 connected to the connectors 151 and 152 respectively. These two pins allow connect the supply circuit to the circuit to be protected via the base, which is intended to be permanently fixed to an electrical panel.
  • a device of this type has a limited lifespan. Arriving at the end of life its components heat up, causing the fusion of the weld 130. The cursor then no longer linked to the cartridge 100 is pushed towards the up by the spring and moves to stop the supply of the line to be protected by opening the protection circuit, as well as visualization and possibly the command of the remote signaling of the state of said varistor.
  • the weld 130 can also be broken by a shock caused by the passage of an excessive current, which causes the same displacement cursor.
  • Modular surge arresters such as that described with reference to the Figure 1 only offer a binary display of the state of the active part, ie that said part is in working order or that it has reached its end of life.
  • a drawback of DAFs of the type described with reference to the figure 1, whether modular or monobloc, is that the presence of the braid complicates the mounting of the device, requiring points of additional soldering or crimping which tend to weaken overall, and to increase the risk of breakdown.
  • An object of the present invention is to make it possible to perform DAFs simple and reliable structure, not including a braid which would constitute a bulky and weakening element.
  • a second object of the invention is to make it possible to develop a DAF withdrawable according to the characteristic stated in the previous paragraph, in which the cartridge is capable of flowing a current to the ground intensity of the order of 65 kA 8/20, the geometry of the cartridge respecting standard dimensions requiring in particular a height of 58 mm.
  • the invention provides a protection device against overvoltages of electrical devices to which the device is connected via connection means comprising at least two connectors, the device also comprising a lightning protection cell including a first pole is directly connected to a first of said connectors, characterized in that that a second pole of the cell is connected to a first part conductive, in that the device also comprises a second part conductive directly connected to a second of said connectors and in that that the device also includes fusible link means for maintain a rigid cursor in electrical contact with said parts conductive in an operating position of the device, means being adapted to permanently urge the cursor to a position opening of the device in which said cursor is no longer in contact with the two conductive parts.
  • FIG. 2a the principle of the structure has been represented. internal of a DAF according to the invention.
  • the device shown in this figure is of modular type, but the principle of the invention is also applicable to monoblock DAFs.
  • the withdrawable cartridge of the DAF comprises an active part 40, connected via two terminals to pads 22 and 23 for plugging into a base such than that described with reference to Figure 1.
  • the pad 22 is directly connected to a first conductive part rigid 24, which is located opposite a second rigid conductive part 26 fixed on a first terminal 260 of the active part.
  • the two rooms 24 and 26 are fixed, and separated by a space sufficient to prevent passage current between them when said space is cleared.
  • the pad 22 and the conductive part 24 can also constitute a unique element.
  • a third rigid part 27, or slider is mounted in translation of so as to be able to be engaged in the space separating parts 24 and 26 in a first position in which the cursor establishes a contact electric between the two rooms when said space is free.
  • a weld 25, of the type described with reference to FIG. 1, keeps the cursor in said first position and thus links electrically the pads 22 and 23, the second terminal of the active part which is not shown in the figure being directly connected to the stud 23.
  • solder 25 can be replaced by a hot melt connection equivalent mechanical characteristics. In this case, it is not necessary to provide additional means to establish contact electric between parts 24 and 26, said contact being ensured by the cursor 27 in its first position.
  • the spring 28 can also be compressed between a fixed point 280 of the cartridge and a part 281 secured to the cursor.
  • the effect of the spring is the even on the cursor.
  • This arrangement is advantageous because it makes it possible to carry out a DAF or a DAF cartridge with a smaller footprint or, equivalent footprint, to integrate additional components, as we will see.
  • a cartridge 30 of DAF modular, standard format which can contain according to the state of the art a single varistor, carries on its lower face 301 four studs 22a, 22b, 23a and 23b for plugging into a fixed socket.
  • the cartridge 30 according to the invention does not include a braid such that described with reference to Figure 1. This results in space saving which allows to house in the housing 300 of the cartridge two varistors intended for be connected in parallel between the phase wire on the one hand, and on the other hand the neutral or earth of an electrical installation, or between neutral and earth.
  • Cartridge 30 includes also two pins 36a and 36b whose role will be explained later in this text, protruding out of the face 301 which is intended to be in contact with the base, the two pins being able to slide in the openings 360a and 360b of said face 301 of the housing 300 for a retraction in the housing.
  • FIG. 4 is a perspective view of the cartridge 30 and the corresponding base 400, which includes the coding 350.
  • Figure 4 also shows a variant of the invention, which consists in providing the base with a socket for the connection of a 410 module remote indication of the cartridge status. We will come back to the means to control this remote signaling.
  • FIG. 5a to 5d show the four possible states of the two varistors, referenced here 40a and 40b. These two varistors, which are mounted as we said in parallel, are each associated individually to the disconnectors 25a and 25b, respectively.
  • the disconnectors 25a and 25b are produced by the combination of the cursor 27 and a fuse link such as the solder 25 of FIG. 2.
  • the housing generally paralepipedic 300 of the cartridge 30 contains two subsets identical, one of which will be described here.
  • the varistor 40a which is located in the central part of the case, is connected by a first terminal to stud 23a for connection with a base, and by a second terminal 400a to a fuse link 25a which implements a weld as described above.
  • the welding of the link 25a maintains a cursor 27a leading electricity in contact with terminal 400a and connection pad 22a with a base, said cursor thus ensuring contact with the weld connection between the terminal and the stud.
  • a spring 28a is prestressed in compression, its lower end being linked to the cursor 27a above which the spring is located, and the other end of the spring pressing against a finger 60a secured to the cursor, finger that the spring tends to move away from the face 301 of the cartridge.
  • the pin 36a, the link 25a, the terminal 400a and the spring 28a are arranged along a lateral face of the housing adjacent to the face 301.
  • a direction I is defined with reference to this figure perpendicular to this lateral face.
  • the spring exerts a thrust constant, direction parallel to said lateral face of the housing and directed towards the face of the case opposite the base, on the finger 60a which urges its turn the cursor 27a aligned with the pin 36a and the spring 28a.
  • the spring 28a separates the cursor 27a from the solder 25a and drives the finger 60a rigidly secured to the cursor and aligned above it, towards the upper face of the housing which is opposite to the base.
  • FIGS. 7a to 7c are diagrams of views in the direction I of FIG. 6, elements of the cartridge 30 in the three possible states of device according to the invention.
  • the face that the housing 300 presents in these views is that, lateral, against which the assemblies formed by a spike, a fusible link, a cursor, a spring and a finger secured to the cursor are installed.
  • Figures 7d to 7f are three schematic views of the witness 600 seen from the interior of the case 300, corresponding to the states of views 7a to 7c respectively.
  • the two identical and parallel fingers 60a and 60b, respectively attached to the sliders linked to the two varistors of the DAF, are at a distance from witness 600, the two links 25a and 25b being provided by the welds of the respective sliders.
  • Figure 7a shows the U-shaped section of control 600 which shows one side parallel to the wall of the housing located nearby and two lateral sections 600a and 600b located on the sides of this first face and protruding towards the inside of the housing 300.
  • the ends of the two fingers 60a and 60b which are turned towards the witness 600 define a beveled profile with two oblique ramps and opposite to the axis of the finger.
  • the ends of the fingers 60a and 60b each defines a protruding V-shaped profile, the two slopes of each V being able to cooperate with the protruding sections of the witness 600 as we will explain.
  • the width of the witness defined by the distance between its two sections lateral 600a and 600b, is chosen less than the value of the center distance between the two fingers 60a and 60b.
  • the corresponding view 7d shows that the indicator 600, which is mounted at pivoting about an axis 620 which extends substantially parallel to the fingers 60a and 60b, is then in the middle of the face 302 of the case close to which it is implanted. An outside observer looking at this face 302 of the case 300 can then see through a window 610 of said face the position of the witness which completely obstructs orifice 610.
  • witness 600 has an extended central portion 6000 extended by a second portion 6001, made of material with the portion 6000, located in its extension and of substantially smaller width.
  • the indicator 600 also has two elastic lateral tabs 602a and 602b intended to come selectively to bear on the side walls of the case to stabilize the position of the witness, as we will explain.
  • the finger 60b has been moved by the spring which is linked to it following the rupture or the fusion of the corresponding weld.
  • the ramp of this finger which is turned towards finger 60a then cooperates with the projecting section 600b of witness 600 to move one end of said witness, which rotates then around axis 620, as shown in Figure 7e.
  • the witness In the position of FIG. 7e, the witness is kept in a angular position away from the median axis of the face 302 of the cartridge, on the one hand thanks to the cooperation of the finger 60b with the section 600b, and on the other hand to the elastic support on an internal side wall of the housing 300 of the lateral tab 602b of the witness, elastically deformable.
  • witness 600 which is not constant width but has two symmetrical lateral recesses defining a narrower width near its end being in the region of window 610, an outside observer can view the state of the device. Indeed, in this position of the witness 600, the window 610 is only partially obstructed by witness 600 due to its position angular away from the median axis of the face 302.
  • the ramp of the finger 60a remote from the finger 60b cooperates with a second projecting section 600a of the witness to further move said witness rotating in the same direction as before.
  • An outside observer then visualizes through window 610 the state of the cartridge, the indicator 600 leaving the window completely cleared.
  • a user can therefore view the status of the cartridge at any time DAF according to the invention.
  • the two sections protruding 600a and 600b of the witness extend respectively opposite symmetrical inclined ramps of the two fingers 60a and 60b, and that the witness 600 is itself symmetrical, the operation of the device is the same regardless of the varistor arriving first at the end of life.
  • the device according to the invention is particularly advantageous in that that it has characteristics of reliability and robustness due to the absence of a braid, the bonds of which are a factor of fragility.
  • the device according to the invention allows, as has been shown to integrate into a withdrawable DAF cartridge of reduced format two varistors operating according to a reserve system.
  • the means of contact of the base with the cartridge can include semi-rigid means conducting electricity, the section of which is in the shape of a "U" so as to define two branches placed opposite between a connector on the base and a connector on the cartridge, each branch being in contact with a respective connector.
  • This characteristic generates in said contact means a electrodynamic force tending to spread their branches, when the means contacts are crossed by a current. Said branches go under the action of this spreading force press against the connectors the base and the cartridge, ensuring the quality of the contact between these connectors.
  • cartridge sub-assemblies included a solder 25a connecting terminal 400a to a stud 22a.
  • This welding also makes it possible to maintain the cursor 27a in a space located between the terminal 400a and the stud 22a, so as to ensure the electrical contact between these two elements.
  • varistor 40a is also associated the picot 36a projecting from the so-called lower face 301, through an opening in which it can slide longitudinally in a direction perpendicular to the plane of the face 301.
  • the subassembly also includes the spring 28a located at the inside of the case and substantially aligned with the pin 36a and the cursor 27a. It will be noted here that the spring 28a can also be prestressed in extension between a fixed point on the housing away from the base and the cursor, and act on it in the same way as described above.
  • the pin 36a is also integral with the cursor 27a so that when said cursor is held between terminal 400a and stud 22a by the solder 25a, the pin 36a protrudes from the face 301 of the housing in protruding from said face by a height H1.
  • the pin 36a, the slider 27a and its weld 25a as well as the spring 28a are arranged to be substantially aligned along the same face of the cartridge case 30.
  • the spring 28a recalls the cursor and the pin towards the side of the cartridge opposite to the base, said pin then being retracted (partially or completely) in the cartridge.
  • the cartridge 30 also includes a second sub-assembly identical to the one just described, implementing a second spring, a second slider and a second pin 36b.
  • the welds respectively associated with the two varistors maintain the two pins 36a and 36b projecting from a height H1 outside the cartridge case.
  • FIG 8 there is shown in section transverse vertical the cartridge 30 plugged into the base 400, the studs 22, 23 of connection not being shown on this sectional plane which contains the axes of the two pins 36a and 36b.
  • the base includes a part 29 comprising a plate rectangular 290 extending substantially parallel to the upper face of the base and a half-disc 291 perpendicular to the plate, one of which side forms an edge 292 with the diameter of the half-disc.
  • the half-disc 291 which is located in a housing complementary to the base, can pivot while remaining in the same plane, as well as move in translation towards the upper face of the base.
  • the pins 36a and 36b are shown projecting outside the cartridge. In this position, the two pins enter the base by the respective orifices 46a and 46b and are supported on the upper face of the plate 290, on either side of the axis of symmetry of the part 29 which is perpendicular to the edge of the part.
  • the center of the underside of the plate is also pressing a 295 microswitch button controlling the signal reversal all or nothing of a remote signaling circuit of the state of the device.
  • the three support points on the two sides of the plate are aligned parallel to the edge of the part, creating no moment perpendicular to this edge on the part 29.
  • a spring not shown in the figure tends to lift in permanently push button 295.
  • the plate has a pressure transmission function pimples to the pusher and presses itself on the top of the pusher, now this one in a so-called low position corresponding to the remote signaling of a device state in which the two varistors are operational.
  • the pusher 295 can then be lifted under the action of the spring which permanently requests it, up to a second so-called high position where said pushbutton controls the reversal of electrical signals to signal the fault varistor.
  • Figures 9a to 9c schematically represent the positions possible of the pair of pins 36a and 36b of the part 29 and of the pusher 295 controlling the remote signaling signals of the state of the device.
  • the two pins 36a and 36b project towards the bottom out of the cartridge, the two varistors associated respectively with these pins being in service.
  • the wafer 290 is maintained as we saw it perpendicular to the axes of the pins and the pusher 295 by the equal and diametrically opposite pressures of these two pins, and the said pusher is held down in said low position.
  • This low position of the pusher corresponds to the control of electrical signals remotely indicating that the two varistors of the device are in service.
  • one of the two pins is retracted inside the cartridge case.
  • it is the pin 36b which is retracted.
  • the configuration described here is symmetrical and could apply to a situation in which the pin 36a is retracted and the pin 36b is projecting downwards.
  • the wafer 290 has, as we have seen pivoted around its point of contact with the pin 36a, and the pusher 295 is in the high position due to the stress of the spring associated with it.
  • the pusher In this high position, the pusher signals at a distance that one at least one of the device's two varistors is out of service.
  • FIG. 9c the two pins 36a and 36b are retracted.
  • the wafer 290 thus finds a position parallel to its position in the figure 9a.
  • the push-button 295 remains in this configuration in the high position and thus always signals the device fault remotely.
  • the microswitch when inserting a cartridge, the two of which varistors are in service in the base, the microswitch changes state in moving from its high position to its low position (indeed, part 290 is translated from its position illustrated in FIG. 9c to its position illustrated in the Figure 9a when installing a cartridge).
  • Such use of a single microswitch to report the condition of a device with two varistors makes it possible to reduce the complexity and the costs linked to the wiring between the microswitches and a remote signaling unit, compared to existing solutions in which a microswitch is associated with each varistor.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de protection contre des surtensions d'appareils électriques auxquels le dispositif est relié via des moyens de connexion comportant au moins deux connecteurs (22a, 23a), le dispositif comprenant également une cellule parafoudre (40a) dont un premier pôle est directement relié à un premier desdits connecteurs (23a). Selon l'invention, un deuxième pôle de la cellule est connecté à une première pièce conductrice (400a), le dispositif comprend également une deuxième pièce conductrice directement reliée à un deuxième desdits connecteurs (22a) et le dispositif comprend également des moyens de liaison fusible (25a) pour maintenir un curseur (27a) rigide en contact électrique avec lesdites pièces conductrices dans une position de fonctionnement du dispositif, des moyens (28a) étant prévus pour solliciter en permanence le curseur vers une position d'ouverture du dispositif dans laquelle ledit curseur n'est plus en contact avec les deux pièces conductrices. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne les dispositifs de protection d'installations électriques contre les perturbations de l'alimentation.
Ces dispositifs sont couramment utilisés pour protéger les appareils électriques et électroniques contre les surtensions pouvant être transmises par les réseaux d'alimentation électrique. De telles surtensions peuvent en particulier être générées par des décharges de foudre atteignant les infrastructures des réseaux d'alimentation.
Les dispositifs de protection (que l'on désignera dans ce texte par l'appellation DAF « dispositif anti-foudre ») peuvent être intégrés dans un tableau commandant l'alimentation de plusieurs prises électriques, ou être connectés directement en amont de l'appareil à protéger.
Les DAF intégrés dans un tableau électrique (DAF de tableau) permettent ainsi de protéger une pluralité d'appareils en écoulant à la terre les surtensions. Parmi les DAF de tableau existants, on distingue :
  • d'une part, les DAF monoblocs comprenant dans un boítier unique :
  • Figure 00010001
    une partie active du DAF (utilisant un ou plusieurs éléments de varistance ou d'éclateur à gaz par exemple),
  • Figure 00010002
    des éléments de connectique permettant de relier la partie active au circuit à protéger et au circuit d'alimentation (typiquement en parallèle de ceux-ci),
  • Figure 00010003
    et éventuellement un système de visualisation de défaut indiquant l'état du DAF et/ou un bornier de télésignalisation de l'état du DAF.
  • d'autre part, les DAF modulaires composés :
  • Figure 00010004
    d'une embase fixée sur le tableau et intégrant la connectique et un éventuel bornier de télésignalisation,
  • Figure 00020001
    et d'une cartouche enfichable de manière amovible sur l'embase, intégrant la partie active et éventuellement le système de visualisation de défaut.
Les DAF existants, qu'ils soient de type monobloc ou modulaires, mettent en oeuvre des moyens pour relier les broches des éléments de connectique (elles-mêmes en contact avec le circuit d'alimentation et le circuit à protéger) à la partie active du DAF.
Ces moyens comprennent généralement une pièce conductrice de liaison, reliée à une première broche des éléments de connectique et soudée à une première borne de la partie active, dont l'autre borne est directement reliée à la deuxième broche des éléments de connectique.
Dans une telle configuration, la soudure entre la pièce de liaison et la première borne de la partie active assure ainsi le contact mécanique entre ces deux éléments, et par voie de conséquence la fermeture du circuit de protection électrique formé par les éléments de connectique et la partie active du DAF.
En outre, la soudure est réalisée de manière à ce que lorsque le courant traversant le DAF dépasse des valeurs prédéfinies et caractéristiques du DAF, ou lorsque la partie active qui se trouve à proximité de la soudure provoque un échauffement excessif en arrivant en fin de vie, la liaison assurée par ladite soudure se défasse (par rupture ou fusion de la soudure) pour permettre aux deux éléments qu'elle relie de se désolidariser.
Dans les dispositifs existants, la pièce de liaison est généralement soumise à une contrainte mécanique permanente, tendant à la séparer de la borne de la partie active à laquelle elle est soudée.
Ainsi, lorsqu'un courant excessif ou une utilisation trop prolongée provoque respectivement la rupture ou la fusion de la soudure, la pièce de liaison s'écarte de la borne de la partie active et le circuit de protection compris dans le DAF est ouvert.
La contrainte mécanique permanente évoquée plus haut peut résulter d'une déformation élastique avant soudage de la pièce conductrice, comme le décrit par exemple le document EP 0 716 493 au nom de la Demanderesse.
Un autre mode de réalisation connu permettant de mettre en oeuvre cette contrainte mécanique utilise un ressort. Ce mode de réalisation est représenté sur la figure 1, qui est un schéma présentant les principaux sous-ensembles d'un DAF selon l'état de la technique.
Le DAF de ce schéma est de type modulaire, mais ses sous-ensembles significatifs en regard de l'invention que l'on va décrire peuvent également être intégrés dans un DAF monobloc de type connu.
En référence à la figure 1, on a représenté le DAF modulaire 10, composé d'une cartouche 100 enfichable dans une embase 150. La cartouche 100 comprend un circuit 40 de protection contre les surtensions qui peut être de tout type connu utilisant par exemple des varistances. Le circuit 40 est relié à deux bornes 101 et 102 placées chacune sur une face latérale de la cartouche.
La cartouche de ce DAF modulaire comprend également deux plots 103 et 104 pour l'enfichage dans deux connecteurs femelles respectifs 151 et 152 de l'embase 150. La borne 102 est directement reliée au plot 104 par une liaison 1020, tandis que la borne 101 de la face opposée de la cartouche est reliée à une première pièce 110 rigide et électriquement conductrice.
Le plot 103 est relié à une première extrémité d'une tresse souple 105 conduisant également l'électricité, dont l'autre extrémité est connectée à une deuxième pièce rigide ou curseur 120. Le curseur 120 est relié à la pièce rigide 110 par une soudure 130 conductrice.
La soudure 130 est une soudure à basse température qui fond sous l'effet d'une exposition prolongée à une température dépassant sensiblement 100°C. Cette soudure à une double fonction de maintien mécanique du curseur 120 en contact avec la pièce rigide 110, et d'acheminement du courant entre la tresse 105 et la borne 101.
Il est également possible selon l'état de la technique de remplacer la soudure 130 par un élément thermofusible non conducteur ayant une fonction adhésive (pouvant être réalisé par exemple en cire) assurant la fonction de maintien mécanique et fondant dans les mêmes conditions thermiques, associé à un élément électriquement conducteur apte à assurer une liaison entre la pièce 110 et le curseur 120 tant que l'élément thermofusible est en place, cet élément de liaison électriquement conducteur étant cependant automatiquement rompu lors de la fusion de l'élément thermofusible. Cet élément de liaison électriquement conducteur peut être formé de un ou plusieurs fils minces et électriquement conducteurs noyés dans l'élément thermofusible. Le rôle mécanique de ces fils est négligeable, mais lesdits fils assurent la liaison électrique entre la tresse et la borne 10. L'élément de liaison électriquement conducteur peut également être constitué de moyens conducteurs externes à l'élément thermofusible.
Un ressort 140 sollicite en permanence le curseur 120 pour le désolidariser de la pièce 110. Dans le présent mode de réalisation, le ressort est comprimé entre un appui fixe (qui est ici solidaire de l'embase mais peut prendre appui sur une partie solidaire de la cartouche), et le curseur. Le ressort peut également être placé selon toute autre configuration classique, et en particulier exercer une traction sur l'extrémité du curseur opposée à l'embase 150.
L'embase 150 comprend deux broches 153 et 154 reliées aux connecteurs 151 et 152 respectivement. Ces deux broches permettent de relier le circuit d'alimentation au circuit à protéger via l'embase, qui est destinée à être fixée à demeure sur un tableau électrique.
On comprend que lorsque la cartouche 100 est enfichée dans l'embase 150, un circuit de protection est établi, qui relie en série la broche 153, le plot 103, la tresse 105, le curseur 120 qui est relié à la pièce 110 par la soudure 130, la borne 101, le circuit 40, la borne 102 et enfin le plot 104 et la broche 154.
Un dispositif de ce type a une durée de vie limitée. En arrivant en fin de vie ses composant s'échauffent, ce qui provoque la fusion de la soudure 130. Le curseur n'étant alors plus lié à la cartouche 100 est repoussé vers le haut par le ressort et se déplace pour assurer l'arrêt de l'alimentation de la ligne à protéger par l'ouverture du circuit de protection, ainsi que la visualisation et éventuellement la commande de la télésignalisation de l'état de ladite varistance.
La soudure 130 peut également être rompue par un choc provoqué par le passage d'un courant excessif, ce qui entraíne le même déplacement du curseur.
Les parafoudres modulaires tels que celui décrit en référence à la figure 1 n'offrent qu'une visualisation binaire de l'état de la partie active, soit que ladite partie soit en état de fonctionner soit qu'elle ait atteint sa fin de vie.
La Demanderesse a apporté aux DAF modulaires un perfectionnement consistant à doter la cartouche d'une deuxième varistance constituant une « réserve », grâce à laquelle un utilisateur peut visualiser trois états de la partie active du dispositif:
  • état normal,
  • une des deux varistances est déconnectée - cartouche fonctionnant encore mais à changer,
  • les deux varistances sont déconnectées - cartouche hors d'usage.
Cette visualisation de la déconnexion d'une des deux varistances (et donc de l'approche de la fin de vie de la cartouche) permet de disposer d'un laps de temps pour effectuer le changement de la cartouche, tout en gardant active la protection de l'installation électrique grâce à la varistance restant en service. Une cartouche de DAF à réserve est décrite dans le brevet EP 0 716 493 au nom de la Demanderesse.
Par ailleurs, par suite de l'uniformisation des formats des matériels basse tension, les DAF existants ont généralement des dimensions standardisées pour faciliter leur intégration dans des tableaux différents (hauteur de 58 mm en particulier).
Un inconvénient des DAF du type de celui décrit en référence à la figure 1, qu'ils soient modulaire ou monobloc, est que la présence de la tresse complexifie le montage du dispositif, en nécessitant des points de soudure ou de sertissage supplémentaires qui tendent à fragiliser l'ensemble, et à augmenter les risques de panne.
Un autre inconvénient des DAF du type de celui décrit en référence à la figure 1, lié au format standard évoqué plus haut, est que par suite de la présence de la tresse qui présente un encombrement non négligeable, les circuits des cartouches des DAF modulaires de format standard ne peuvent contenir qu'une seule varistance.
Cette limitation interdit l'intégration des dispositifs à réserve évoqués plus haut, qui nécessitent l'emploi de deux varistances montées en parallèle dans la cartouche du DAF. Par suite, l'intensité du courant que le DAF peut écouler à la terre est limité à une valeur de l'ordre de 40 kA 8/20, ce qui est insuffisant pour certaines applications.
Un but de la présente invention est de permettre de réaliser des DAF de structure simple et fiable, ne comprenant pas de tresse qui constituerait un élément encombrant et fragilisant.
Un deuxième but de l'invention est de permettre d'élaborer un DAF débrochable selon la caractéristique énoncée au paragraphe précédent, dans laquelle la cartouche est capable d'écouler à la terre un courant d'intensité de l'ordre de 65 kA 8/20, la géométrie de la cartouche respectant les dimensions standard imposant en particulier une hauteur de 58 mm.
Pour atteindre ces buts, l'invention propose un dispositif de protection contre des surtensions d'appareils électriques auxquels le dispositif est relié via des moyens de connexion comportant au moins deux connecteurs, le dispositif comprenant également une cellule parafoudre dont un premier pôle est directement relié à un premier desdits connecteurs, caractérisé en ce qu'un deuxième pôle de la cellule est connecté à une première pièce conductrice, en ce que le dispositif comprend également une deuxième pièce conductrice directement reliée à un deuxième desdits connecteurs et en ce que le dispositif comprend également des moyens de liaison fusible pour maintenir un curseur rigide en contact électrique avec lesdites pièces conductrices dans une position de fonctionnement du dispositif, des moyens étant prévus pour solliciter en permanence le curseur vers une position d'ouverture du dispositif dans laquelle ledit curseur n'est plus en contact avec les deux pièces conductrices.
Des aspects préférés, mais non limitatifs du dispositif selon l'invention sont les suivants:
  • lesdites pièces conductrices sont rigides ,
  • la liaison fusible utilise une soudure à basse température dont le point de fusion est voisin de 100°C ,
  • le dispositif est de type débrochable et comporte d'une part une embase destinée à être fixée sur un tableau électrique, et d'autre part une cartouche enfichable sur l'embase et comprenant la cellule parafoudre, les deux pièces conductrices ainsi que le curseur, des moyens de contact électrique étant prévus entre l'embase et la cartouche ,
  • la cartouche comprend une deuxième cellule parafoudre dont un premier pôle est directement relié à un troisième desdits connecteurs, en ce que le deuxième pôle de la deuxième cellule est connecté à une troisième pièce conductrice, en ce que le dispositif comprend également une quatrième pièce conductrice directement reliée à un quatrième desdits connecteurs et en ce que le dispositif comprend également un deuxième curseur rigide assurant une liaison électrique fusible entre lesdites troisième et quatrième pièces conductrices dans une position de fonctionnement du dispositif, des moyens étant prévus pour solliciter en permanence le deuxième curseur vers une position dans laquelle ledit deuxième curseur n'est plus en contact avec les troisième et quatrième pièces conductrices ,
  • les troisième et quatrième connecteur sont confondus avec les premier et deuxième connecteur, respectivement ,
  • le dispositif comporte des moyens mécaniques de visualisation de l'état de chacune des cellules parafoudres ,
  • les moyens de visualisation comportent des doigts aptes à coopérer avec une pièce mobile du dispositif,
  • les moyens de visualisation sont adaptés pour distinguer les cas où :
  • (a) les deux varistances sont en service,
  • (b) l'une des deux varistances est déconnectée,
  • (c) les deux varistances sont déconnectées ,
  • la hauteur entre d'une part un point de contact de l'embase avec le tableau électrique et d'autre part l'extrémité de la cartouche se trouvant à l'aplomb dudit point de contact lorsque la cartouche est enfichée sur l'embase n'excède pas 58 millimètres,
  • il est prévu des moyens de télésignalisation de l'état de la cartouche,
  • les moyens de contact électrique entre l'embase et la cartouche comprennent des éléments dont chacun comporte au moins deux branches, la forme des branches de chaque élément étant telle que la circulation d'un courant dans lesdites branches engendre une force électrodynamique tendant à écarter les branches ,
  • lesdits éléments sont des éléments souples ou rigides en forme générale de « U »,
    • chacun desdits éléments comporte deux branches opposées situées entre un moyen de connexion de l'embase et un moyen de connexion de la cartouche,
      • la cartouche comprend deux circuits de protection contre les surtensions et l'embase comprend un interrupteur unique à deux positions, actionné par des éléments de signalisation de l'état respectif des deux circuits de protection, une première position de l'interrupteur correspondant à un état du dispositif dans lequel les deux circuits de protection sont actifs, la deuxième position de l'interrupteur correspondant à l'un des états suivants du dispositif:
      • un des deux circuits de protection hors service,
      • les deux circuits de protection hors service,
      • absence de cartouche dans le dispositif,
  • lesdits éléments de signalisation sont des picots saillants hors d'une face de la cartouche se trouvant au contact de l'embase lorsque la cartouche est enfichée dans l'embase,
  • chaque picot est maintenu en position saillante hors du boítier par une liaison fusible respective, ladite liaison fusible libérant le picot lui correspondant lors de l'arrivée en fin de vie du circuit de protection qu'elle maintient, un ressort associé au picot escamotant alors ledit picot dans la cartouche,
  • l'embase comprend une pièce dont une première face est en appui sur l'interrupteur, les éléments de signalisation étant aptes à venir en appui sur une deuxième face opposée de ladite pièce,
  • ladite pièce de l'embase est apte à basculer sélectivement autour de chacun des deux axes de ladite première face perpendiculaires à une ligne joignant les axes longitudinaux respectifs des deux éléments de signalisation et passant par les deux points de contact respectifs de ladite face avec lesdits éléments de signalisation,
  • les projections des points d'appui sur ladite pièce des éléments de signalisation et de l'interrupteur dans le plan de ladite première face de ladite pièce sont alignées,
  • dans ledit plan les projections des points d'appui des éléments de signalisation sont disposées symétriquement par rapport à la projection du point d'appui de l'interrupteur,
  • l'interrupteur est précontraint mécaniquement pour solliciter ladite deuxième face de la pièce dans la direction opposée à la sollicitation des éléments de signalisation.
D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaítront mieux à la description suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 est un schéma de principe d'un DAF selon l'état de la technique, dans un mode de réalisation où le DAF est débrochable,
  • les figures 2a et 2b sont des schémas de type bloc-diagramme de deux variantes d'un DAF selon l'invention,
  • la figure 3 est une vue en perspective d'une cartoüche de DAF débrochable selon l'invention,
  • la figure 4 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un DAF débrochable selon l'invention,
  • les figures 5a à 5d sont des représentations schématiques des états possibles du circuit de la partie active d'un DAF selon l'invention,
  • la figure 6 est une vue éclatée précisant la structure interne d'une cartouche de DAF selon l'invention,
  • les figures 7a à 7f sont des schémas représentant les différents états du système de visualisation de défaut d'un DAF selon l'invention,
  • la figure 8 est une représentation schématique en coupe verticale transversale des éléments permettant de commander un bornier de télésignalisation de l'état de la cartouche d'un DAF modulaire selon l'invention,
  • les figures 9a à 9c sont des représentations en perspective d'une partie de ces éléments de commande, à trois étapes respectives de leur fonctionnement.
En référence à la figure 2a, on a représenté le principe de la structure interne d'un DAF selon l'invention. Le dispositif représenté sur cette figure est de type modulaire, mais le principe de l'invention est également applicable aux DAF monoblocs.
La cartouche débrochable du DAF comprend une partie active 40, reliée via deux bornes aux plots 22 et 23 d'enfichage dans une embase telle que celle décrite en référence à la figure 1.
Le principe de l'invention est comme on l'a dit applicable aux DAF monoblocs; dans ce cas le schéma de la figure 2a reste applicable, les éléments 22 et 23 correspondant alors aux broches de connexion avec le circuit à protéger.
Le plot 22 est directement relié à une première pièce conductrice rigide 24, qui se trouve en regard d'une deuxième pièce conductrice rigide 26 fixée sur une première borne 260 de la partie active. Les deux pièces 24 et 26 sont fixes, et séparées par un espace suffisant pour interdire le passage du courant entre elles lorsque ledit espace est dégagé. Dans une variante de l'invention, le plot 22 et la pièce conductrice 24 peuvent également constituer un élément unique.
Une troisième pièce rigide 27, ou curseur, est montée à translation de manière à pouvoir être engagée dans l'espace séparant les pièces 24 et 26 dans une première position dans laquelle le curseur établit un contact électrique entre les deux pièces lorsque ledit espace est libre.
Une soudure 25, du type de celle décrite en référence à la figure 1, permet de maintenir le curseur dans ladite première position et de relier ainsi électriquement les plots 22 et 23, la deuxième borne de la partie active qui n'est pas représentée sur la figure étant directement reliée au plot 23.
Comme dans le dispositif connu décrit en référence à la figure 1, la soudure 25 peut être remplacée par une liaison thermofusible de caractéristiques mécaniques équivalentes. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de prévoir des moyens supplémentaires pour établir le contact électrique entre les pièces 24 et 26, ledit contact étant assuré par le curseur 27 dans sa première position.
Un ressort 28, dont un côté est fixé à l'extrémité du curseur opposé à la soudure 25, et l'autre côté fixé à un élément fixe de la cartouche non représentée sur la figure, est maintenu en extension de manière à solliciter en permanence le curseur pour qu'il quitte sa première position décrite plus haut, et rejoigne une deuxième position dans laquelle le curseur n'est plus en contact avec les pièces 24 et 26.
Selon l'invention et comme représenté sur la figure 2b, le ressort 28 peut également être comprimé entre un point fixe 280 de la cartouche et une pièce 281 solidaire du curseur. Dans cette variante, l'effet du ressort est le même sur le curseur.
On comprend que le résultat du fonctionnement de ce dispositif est le même que celui du dispositif connu de la figure 1. La différence essentielle entre les deux dispositifs réside dans l'ajout, dans le dispositif selon l'invention, du curseur 120 qui permet de s'affranchir d'une tresse conductrice.
Cette disposition est avantageuse car elle permet de réaliser un DAF ou une cartouche de DAF avec un encombrement moindre ou, à encombrement équivalent, d'intégrer des composants supplémentaires, comme on va le voir.
En référence maintenant à la figure 3, une cartouche 30 de DAF modulaire, de format standard pouvant contenir selon l'état de la technique une varistance unique, porte sur sa face inférieure 301 quatre plots 22a, 22b, 23a et 23b pour l'enfichage dans une embase fixe.
Le fait de disposer pour la connexion entre la cartouche et l'embase de quatre plots au lieu de deux autorise ainsi, à section égale des plots, le passage d'un courant d'une intensité supérieure entre la cartouche et l'embase.
La cartouche 30 selon l'invention ne comprend pas de tresse telle que décrite en référence à la figure 1. Ceci entraíne un gain de place qui permet de loger dans le boítier 300 de la cartouche deux varistances destinées à être connectées en parallèle entre le fil de phase d'une part, et d'autre part le neutre ou la terre d'une installation électrique, ou entre le neutre et la terre.
Les deux varistances sont reliées aux plots 22a et 23a d'une part, et 22b et 23b d'autre part, respectivement. La cartouche 30 comprend également deux picots 36a et 36b dont le rôle sera expliqué plus loin dans ce texte, saillants hors de la face 301 qui est destinée à être en contact avec l'embase, les deux picots pouvant coulisser dans les ouvertures 360a et 360b de ladite face 301 du boítier 300 pour un escamotage dans le boítier.
Afin de garantir le sens de la polarité de la connexion de la cartouche sur son embase par un opérateur, la face inférieure 301 comprend également un détrompeur 35 destiné à coopérer avec un organe correspondant de l'embase. La figure 4 est une vue en perspective de la cartouche 30 et de l'embase 400 correspondante, qui comprend l'organe de détrompage 350.
La figure 4 présente également une variante de l'invention, qui consiste à munir l'embase d'une prise pour la connexion d'un module 410 de télésignalisation de l'état de la cartouche. On reviendra sur les moyens permettant de commander cette télésignalisation.
Les figures 5a à 5d représentent les quatre états possibles des deux varistances, référencées ici 40a et 40b. Ces deux varistances, qui sont montées comme on l'a dit en parallèle, sont chacune associées individuellement aux déconnecteurs 25a et 25b, respectivement. En pratique, les déconnecteurs 25a et 25b sont réalisés par la combinaison du curseur 27 et d'une liaison fusible telle que la soudure 25 de la figure 2.
On pourra se référer au texte du brevet EP 0 716 493 au nom de la Demanderesse pour une explication détaillée du circuit formé par les varistances et les déconnecteurs, qui correspondent ici respectivement aux parties actives et aux liaisons fusibles et curseur du dispositif selon l'invention.
En référence maintenant à la figure 6, le boítier généralement paralépipédique 300 de la cartouche 30 contient deux sous-ensembles identiques dont on va ici décrire l'un.
La varistance 40a, qui est située dans la partie centrale du boítier, est reliée par une première borne au plot 23a de connexion avec une embase, et par une deuxième borne 400a à une liaison fusible 25a qui met en oeuvre une soudure telle que décrite précédemment.
La soudure de la liaison 25a maintient un curseur 27a conduisant l'électricité en contact avec la borne 400a et le plot 22a de connexion avec une embase, ledit curseur assurant ainsi avec la soudure le contact électrique entre la borne et le plot.
Un ressort 28a est précontraint en compression, son extrémité basse étant liée au curseur 27a au-dessus duquel le ressort est situé, et l'autre extrémité du ressort étant en appui contre un doigt 60a solidaire du curseur, doigt que le ressort tend à éloigner de la face 301 de la cartouche.
A l'intérieur du boítier 300, le picot 36a, la liaison 25a, la borne 400a et le ressort 28a sont disposés le long d'une face latérale du boítier adjacente à la face 301. On définit en référence à cette figure une direction I perpendiculaire à cette face latérale.
Sous l'effet de sa compression, le ressort exerce une poussée constante, de direction parallèle à ladite face latérale du boítier et dirigée vers la face du boítier opposée à l'embase, sur le doigt 60a qui sollicite à son tour le curseur 27a aligné avec le picot 36a et le ressort 28a.
La poussée constante évoquée plus haut tend ainsi à séparer ledit curseur de la soudure 25a, de la borne 400a et du plot 23a, ce qui provoque l'ouverture du circuit comprenant la varistance 40a située entre les plots 22a et 23a.
Lorsque maintenant la soudure 25a cède, sous l'effet du passage d'un courant excessif ou d'un échauffement dû à l'arrivée en fin de vie de la varistance, le ressort 28a sépare le curseur 27a de la soudure 25a et entraíne le doigt 60a rigidement solidaire du curseur et aligné au-dessus de celui-ci, vers la face supérieure du boítier qui est opposée à l'embase.
On va maintenant expliquer le second rôle du doigt 60a, qui intervient également pour la signalisation de l'état de la varistance 26a.
La soudure ayant cédé et le doigt 60a s'étant déplacé en s'éloignant de l'embase, le doigt agit sur un témoin 600 constitué d'une palette placée dans le boítier 300 contre la face opposée à l'embase, comme on va l'expliquer en référence aux figures 7a à 7c.
Les figures 7a à 7c sont des schémas de vues selon la direction I de la figure 6, des éléments de la cartouche 30 dans les trois états possibles du dispositif selon l'invention.
La face que le boítier 300 présente sur ces vues est celle, latérale, contre laquelle les ensembles formés d'un picot, d'une liaison fusible, d'un curseur, d'un ressort et d'un doigt solidaire du curseur sont implantée.
Les figures 7d à 7f sont trois vues schématiques du témoin 600 vu de l'intérieur du boítier 300, correspondant aux états des vues 7a à 7c respectivement.
En référence à la figure 7a, les deux doigts identiques et parallèles 60a et 60b, solidaires respectivement des curseurs liés aux deux varistances du DAF, sont à distance du témoin 600, les deux liaisons 25a et 25b étant assurées par les soudures des curseurs respectifs.
La figure 7a montre la section en U du témoin 600 qui présente une face parallèle à la paroi du boítier se trouvant à proximité et deux sections latérales 600a et 600b situées sur les côtés de cette première face et saillantes vers l'intérieur du boítier 300.
Les extrémités des deux doigts 60a et 60b qui sont tournées vers le témoin 600 définissent un profil biseauté à deux rampes obliques et opposées par rapport à l'axe du doigt. Les extrémités des doigts 60a et 60b définissent ainsi chacune un profil en forme de V saillant, les deux pentes de chaque V pouvant coopérer avec les sections saillantes du témoin 600 comme on va l'expliquer.
Dans la position représentée sur la figure 7a, les deux varistances du dispositif sont connectées et donc les deux doigts 60a et 60b solidaires respectivement des curseurs liés aux deux varistances sont dans une position éloignée du témoin 600. Le témoin 600 s'étend alors selon l'axe longitudinal de la face 302, opposée à l'embase, près de laquelle il est situé.
La largeur du témoin, définie par la distance entre ses deux sections latérales 600a et 600b, est choisie inférieure à la valeur de l'entre-axe entre les deux doigts 60a et 60b.
Par conséquent, dans la position représentée sur la figure 7a dans laquelle le témoin 600 est situé au milieu de la face 302, les sections saillantes du témoin se trouvent en regard de la rampe de l'extrémité du doigt 60a qui est tournée vers le doigt 60b, et de la rampe de l'extrémité du doigt 60b qui est tournée vers le doigt 60a, respectivement.
La vue 7d correspondante montre que le témoin 600, qui est monté à pivotement autour d'un axe 620 qui s'étend sensiblement parallèlement aux doigts 60a et 60b, est alors au milieu de la face 302 du boítier à proximité de laquelle il est implanté. Un observateur extérieur regardant cette face 302 du boítier 300 peut alors constater par une fenêtre 610 de ladite face la position du témoin qui obstrue entièrement l'orifice 610.
Le témoin 600 comporte une portion allongée centrale 6000 prolongée par une deuxième portion 6001, venue de matière avec la portion 6000, située dans son prolongement et de largeur sensiblement inférieure. Le témoin 600 comporte également deux languettes latérales élastiques 602a et 602b destinées à venir sélectivement en appui sur les parois latérales du boítier pour stabiliser la position du témoin, comme on va l'expliquer.
Sur la vue 7b, le doigt 60b a été déplacé par le ressort qui lui est lié suite à la rupture ou la fusion de la soudure correspondante. La rampe de ce doigt qui est tournée vers le doigt 60a coopère alors avec la section saillante 600b du témoin 600 pour déplacer une extrémité dudit témoin, qui tourne alors autour de l'axe 620, comme indiqué sur la figure 7e.
Dans la position de la figure 7e, le témoin est maintenu dans une position angulaire écartée de l'axe médian de la face 302 de la cartouche, grâce d'une part à la coopération du doigt 60b avec la section 600b, et d'autre part à l'appui élastique sur une paroi latérale interne du boítier 300 de la patte latérale 602b du témoin, déformable élastiquement.
Grâce à la géométrie particulière du témoin 600 qui n'est pas de largeur constante mais comporte deux décrochements latéraux symétriques définissant une largeur moins importante près de son extrémité se trouvant dans la région de la fenêtre 610, un observateur extérieur peut visualiser l'état du dispositif. En effet, dans cette position du témoin 600, la fenêtre 610 n'est que partiellement obstruée par le témoin 600 du fait de sa position angulaire écartée de l'axe médian de la face 302.
Lorsque la deuxième varistance arrive en fin de vie à son tour de sorte que le doigt 60a est à son tour entraíné vers le témoin 600 par son ressort respectif, la rampe du doigt 60a éloignée du doigt 60b coopère avec une deuxième section saillante 600a du témoin pour déplacer encore ledit témoin en rotation dans le même sens que précédemment. Un observateur extérieur visualise alors par la fenêtre 610 l'état de la cartouche, le témoin 600 laissant la fenêtre entièrement dégagée.
Un utilisateur peut ainsi à tout moment visualiser l'état de la cartouche du DAF selon l'invention. On comprend qu'étant donné que les deux sections saillantes 600a et 600b du témoin s'étendent respectivement en regard de rampes inclinées symétriques des deux doigts 60a et 60b, et que le témoin 600 est lui-même symétrique, le fonctionnement du dispositif est le même quelle que soit la varistance arrivant la première en fin de vie.
En effet, seul le sens de rotation du témoin 600 autour de l'axe 620 varie en fonction de la varistance qui est déconnectée en premier. Les décrochements et les déplacements du témoin étant symétriques, la signalisation de l'état de la cartouche est indépendant de l'identité de la première varistance à être déconnectée.
Si besoin, on trouvera dans le document EP 0 716 493 une description plus détaillée du principe de fonctionnement d'un DAF à deux varistances formant réserve.
Le dispositif selon l'invention est particulièrement avantageux en ce qu'il présente des caractéristiques de fiabilité et de robustesse dues à l'absence de tresse dont les liaisons sont un facteur de fragilité.
En outre, le dispositif selon l'invention permet comme on l'a montré d'intégrer dans une cartouche de DAF débrochable de format réduit deux varistances fonctionnant selon un système de réserve.
Selon une caractéristique de l'invention non représentée sur les figures, les moyens de contact de l'embase avec la cartouche peuvent comprendre des moyens semi-rigides conduisant l'électricité, dont la section est en forme de « U » de manière à définir deux branches placées en vis-à-vis entre un connecteur de l'embase et un connecteur de la cartouche, chaque branche étant en contact avec un connecteur respectif.
Cette caractéristique engendre dans lesdits moyens de contact une force électrodynamique tendant à écarter leurs branches, lorsque les moyens de contact sont traversés par un courant. Lesdites branches vont sous l'action de cette force d'écartement se plaquer contre les connecteurs respectifs de l'embase et de la cartouche, assurant la qualité du contact électrique entre ces connecteurs.
Ainsi réduit-on sensiblement le risque de mauvais contact électrique entre les connecteurs de l'embase et de la cartouche, qui peut entraíner un échauffement, voire l'apparition d'arcs électriques dans la zone de connexion entre l'embase et la cartouche.
En référence à nouveau à la figure 6, on va maintenant décrire une deuxième caractéristique du dispositif selon l'invention, indépendante en elle-même des caractéristiques déjà décrites.
On a dit que les sous-ensembles de la cartouche comprenait une soudure 25a reliant la borne 400a à un plot 22a.
Cette soudure permet également de maintenir le curseur 27a dans un espace situé entre la borne 400a et le plot 22a, de manière à assurer le contact électrique entre ces deux éléments.
D'autre part, à la varistance 40a est également associé le picot 36a saillant hors de la face dite inférieure 301, par une ouverture dans laquelle il peut coulisser longitudinalement selon une direction perpendiculaire au plan de la face 301.
Le sous-ensemble comporte également le ressort 28a situé à l'intérieur du boítier et sensiblement aligné avec le picot 36a et le curseur 27a. On notera ici que le ressort 28a peut également être précontraint en extension entre un point fixe du boítier éloigné de l'embase et le curseur, et agir sur ce dernier de la même manière que décrit ci-dessus.
Le picot 36a est également solidaire du curseur 27a si bien que lorsque ledit curseur est maintenu entre la borne 400a et le plot 22a par la soudure 25a, le picot 36a est saillant hors de la face 301 du boítier en dépassant de ladite face d'une hauteur H1.
Le picot 36a, le curseur 27a et sa soudure 25a ainsi que le ressort 28a sont agencés de manière à être sensiblement alignés le long de la même face du boítier de la cartouche 30.
Dans le cas où la soudure ne maintient plus le curseur (par suite du passage d'un courant de choc provoquant la cassure de la soudure, ou de la fusion de la soudure suite à un échauffement prolongé de la varistance arrivant en fin de vie), le ressort 28a rappelle le curseur et le picot vers le côté de la cartouche opposée à l'embase, ledit picot étant alors escamoté (partiellement ou totalement) dans la cartouche.
La cartouche 30 comporte également un deuxième sous-ensemble identique à celui que l'on vient de décrire, mettant en oeuvre un deuxième ressort, un deuxième curseur et un deuxième picot 36b.
Lorsque l'une des varistances arrive en fin de vie, le picot qui lui est associé est donc escamoté dans la cartouche 30. On va maintenant expliquer la fonction spécifique de ces picots.
Lorsque les deux varistances de la cartouche du DAF sont opérationnelles, les soudures respectivement associées aux deux varistances maintiennent les deux picots 36a et 36b saillants d'une hauteur H1 hors du boítier de la cartouche.
Lorsqu'alors on enfiche la cartouche sur son embase, les picots 36a et 36b pénètrent dans les orifices respectifs 46a et 46b de l'embase, représentés sur la figure 4.
En référence maintenant à la figure 8, on a représenté en coupe verticale transversale la cartouche 30 enfichée sur l'embase 400, les plots 22, 23 de connexion n'étant pas représentés sur ce plan de coupe qui contient les axes des deux picots 36a et 36b.
L'embase comprend une pièce 29 comportant une plaquette rectangulaire 290 s'étendant sensiblement parallèlement à la face supérieure de l'embase et un demi-disque 291 perpendiculaire à la plaquette, dont un côté forme une arête 292 avec le diamètre du demi-disque.
Le demi-disque 291, qui est situé dans un logement complémentaire de l'embase, peut pivoter en restant dans le même plan, ainsi que se déplacer en translation vers la face supérieure de l'embase.
On a représenté les picots 36a et 36b saillants hors de la cartouche. Dans cette position, les deux picots pénètrent dans l'embase par les orifices respectifs 46a et 46b et sont en appui sur la face supérieure de la plaquette 290, de part et d'autre de l'axe de symétrie de la pièce 29 qui est perpendiculaire à l'arête de la pièce.
Le centre de la face inférieure de la plaquette est par ailleurs en appui sur un poussoir de minirupteur 295 commandant l'inversion de signaux électriques tout ou rien d'un circuit de télésignalisation de l'état du dispositif. Les trois points d'appui sur les deux faces de la plaquette sont alignés parallèlement à l'arête de la pièce, ne créant ainsi pas de moment perpendiculaire à cette arête sur la pièce 29.
Un ressort non représenté sur la figure tend à soulever en permanence le poussoir 295.
Dans cette position, la plaquette est donc maintenue parallèle à la face de l'embase par les pressions égales des deux picots appuyant sur les deux côtés de la face supérieure de la plaquette, qui est par ailleurs en appui sur le poussoir 295.
De plus, la plaquette a une fonction de transmission des pressions des picots au poussoir et appuie elle-même sur le sommet du poussoir, maintenant celui-ci dans une position dite basse correspondant à la télésignalisation d'un état du dispositif dans lequel les deux varistances sont opérationnelles.
Lorsque maintenant l'un des picots (par exemple le picot 36b) est escamoté dans la cartouche, par suite de la défaillance de la varistànce qui lui est associée, la plaquette n'est plus soumise qu'à la pression du picot 36a sur un côté de sa face supérieure, et à la pression en sens opposé du minirupteur 295, au centre de sa face inférieure.
Ces deux forces provoquent le pivotement de la plaquette, autour de l'axe parallèle à l'axe de symétrie de la plaquette et contenant le point de contact de la plaquette avec le picot 36a.
Le poussoir 295 peut alors se soulever sous l'action du ressort qui le sollicite en permanence, jusqu'à une deuxième position dite haute où ledit poussoir commande l'inversion de signaux électriques pour signaler le défaut de la varistance.
Sur la figure 8, la position escamotée du picot 36b et les positions qui en résultent pour la plaquette basculée et le poussoir sont représentées en pointillés.
Les figures 9a à 9c représentent schématiquement les positions possibles du couple de picots 36a et 36b de la pièce 29 et du poussoir 295 commandant les signaux de télésignalisation de l'état du dispositif.
Sur la figure 9a, les deux picots 36a et 36b sont saillants vers le bas hors de la cartouche, les deux varistances associées respectivement à ces picots étant en service.
Dans cette configuration, la plaquette 290 est maintenue comme on l'a vu perpendiculaire aux axes des picots et du poussoir 295 par les pressions égales et diamétralement opposées de ces deux picots, et le poussoir est maintenu enfoncé en position basse par ladite plaquette.
Cette position basse du poussoir correspond à la commande de signaux électriques indiquant à distance que les deux varistances du dispositif sont en service.
Sur la figure 9b, l'un des deux picots est escamoté à l'intérieur du boítier de la cartouche. Dans le cas de la figure 9b, c'est le picot 36b qui est escamoté. Toutefois, la configuration décrite ici est symétrique et pourrait s'appliquer à une situation dans laquelle le picot 36a est escamoté et le picot 36b est saillant vers le bas.
Dans cette configuration, la plaquette 290 a comme on l'a vu pivoté autour de son point de contact avec le picot 36a, et le poussoir 295 est en position haute par suite de la sollicitation du ressort qui lui est associé.
Dans cette position haute, le poussoir signale à distance que l'une au moins des deux varistances du dispositif est hors service.
Sur la figure 9c, les deux picots 36 a et 36b sont escamotés. La plaquette 290 retrouve ainsi une position parallèle à sa position de la figure 9a. Le poussoir 295 reste dans cette configuration en position haute et signale ainsi toujours à distance le défaut du dispositif.
La configuration spécifique décrite ci-dessus pour le système de télésignalisation de l'état d'un dispositif anti-foudre comprenant deux varistances est avantageux car il permet de signaler avec un minirupteur unique l'état du dispositif selon un mode binaire (correspondant à une fonction logique « ou »):
  • dans le cas où les deux varistances du dispositif sont en état de marche, le minirupteur signale à distance l'état du dispositif,
  • et le minirupteur signale également à distance un état de défaut correspondant soit au défaut d'une des deux varistances, soit au défaut des deux varistances ou encore à l'absence de cartouche sur l'embase. En effet, dans le cas où aucune cartouche n'est enfichée sur l'embase, la plaquette 290 n'est soumise qu'à la pression exercée par le poussoir 295 et ledit poussoir est en position haute.
En particulier, lors de l'enfichage d'une cartouche dont les deux varistances sont en service dans l'embase, le minirupteur change d'état en passant de sa position haute à sa position basse (en effet, la pièce 290 est translatée de sa position illustrée sur la figure 9c à sa position illustrée sur la figure 9a lors de la mise en place d'une cartouche).
Une telle utilisation d'un minirupteur unique pour signaler l'état d'un dispositif à deux varistances permet de réduire la complexité et les coûts liés au câblage entre les minirupteurs et un boítier de télésignalisation, par rapport aux solutions existantes dans lesquelles un minirupteur est associé à chaque varistance.

Claims (22)

  1. Dispositif (20) de protection contre des surtensions d'appareils électriques auxquels le dispositif est relié via des moyens de connexion comportant au moins deux connecteurs (22, 23, 22a, 23a, 22b, 23b), le dispositif comprenant également une cellule parafoudre (40, 40a, 40b) dont un premier pôle est directement relié à un premier desdits connecteurs (23, 23a, 23b), caractérisé en ce qu'un deuxième pôle (260) de la cellule est connecté à une première pièce conductrice (26, 400a), en ce que le dispositif comprend également une deuxième pièce conductrice (24) directement reliée à un deuxième desdits connecteurs (22, 22a, 22b) et en ce que le dispositif comprend également des moyens de liaison fusible (25, 25a, 25b) pour maintenir un curseur (27, 27a) rigide en contact électrique avec lesdites pièces conductrices dans une position de fonctionnement du dispositif, des moyens (28, 28a) étant prévus pour solliciter en permanence le curseur vers une position d'ouverture du dispositif dans laquelle ledit curseur n'est plus en contact avec les deux pièces conductrices.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites pièces conductrices (26, 400a, 24) sont rigides.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la liaison fusible (25, 25a, 25b) utilise une soudure à basse température dont le point de fusion est voisin de 100°C.
  4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est de type débrochable et comporte d'une part une embase (400) destinée à être fixée sur un tableau électrique, et d'autre part une cartouche (30) enfichable sur l'embase et comprenant la cellule parafoudre, les deux pièces conductrices ainsi que le curseur, des moyens de contact électrique étant prévus entre l'embase et la cartouche.
  5. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cartouche comprend une deuxième cellule parafoudre (25b) dont un premier pôle est directement relié à un troisième (23b) desdits connecteurs, en ce que le deuxième pôle de la deuxième cellule est connecté à une troisième pièce conductrice, en ce que le dispositif comprend également une quatrième pièce conductrice directement reliée à un quatrième (22b) desdits connecteurs et en ce que le dispositif comprend également un deuxième curseur rigide assurant une liaison électrique fusible (25b) entre lesdites troisième et quatrième pièces conductrices dans une position de fonctionnement du dispositif, des moyens étant prévus pour solliciter en permanence le deuxième curseur vers une position dans laquelle ledit deuxième curseur n'est plus en contact avec les troisième et quatrième pièces conductrices.
  6. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les troisième et quatrième connecteur sont confondus avec les premier et deuxième connecteur, respectivement.
  7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens mécaniques (600, 610) de visualisation de l'état de chacune des cellules parafoudres.
  8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de visualisation comportent des doigts (60a, 60b) aptes à coopérer avec une pièce mobile (600) du dispositif.
  9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens de visualisation sont adaptés pour distinguer les cas où :
    les deux varistances sont en service,
    l'une des deux varistances est déconnectée,
    les deux varistances sont déconnectées.
  10. Dispositif selon l'une des revendication 4 à 9, caractérisé en ce que la hauteur entre d'une part un point de contact de l'embase avec le tableau électrique et d'autre part l'extrémité de la cartouche se trouvant à l'aplomb dudit point de contact lorsque la cartouche est enfichée sur l'embase n'excède pas 58 millimètres.
  11. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens de télésignalisation (410) de l'état de la cartouche.
  12. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que les moyens de contact électrique entre l'embase et la cartouche comprennent des éléments dont chacun comporte au moins deux branches, la forme des branches de chaque élément étant telle que la circulation d'un courant dans lesdites branches engendre une force électrodynamique tendant à écarter les branches.
  13. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits éléments sont des éléments souples ou rigides en forme générale de « U ».
  14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que chacun desdits éléments comporte deux branches opposées situées entre un moyen de connexion de l'embase et un moyen de connexion de la cartouche.
  15. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 14, caractérisé en ce que la cartouche (30) comprend deux circuits de protection contre les surtensions et en ce que l'embase (400) comprend un interrupteur unique (295) à deux positions, actionné par des éléments (36a, 36b) de signalisation de l'état respectif des deux circuits de protection, une première position de l'interrupteur (295) correspondant à un état du dispositif dans lequel les deux circuits de protection sont actifs, la deuxième position de l'interrupteur correspondant à l'un des états suivants du dispositif:
    un des deux circuits de protection hors service,
    les deux circuits de protection hors service,
    absence de cartouche dans le dispositif.
  16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits éléments de signalisation (36a, 36b) sont des picots saillants hors d'une face (301) de la cartouche (30) se trouvant au contact de l'embase (400) lorsque la cartouche est enfichée dans l'embase.
  17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que chaque picot est maintenu en position saillante hors du boítier par une liaison fusible (25a) respective, ladite liaison fusible libérant le picot lui correspondant lors de l'arrivée en fin de vie du circuit de protection qu'elle maintient, un ressort associé au picot escamotant alors ledit picot dans la cartouche (30).
  18. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que l'embase (400) comprend une pièce (29) dont une première face est en appui sur l'interrupteur (295), les éléments de signalisation (36a, 36b) étant aptes à venir en appui sur une deuxième face opposée de ladite pièce (29).
  19. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite pièce (29) de l'embase est apte à basculer sélectivement autour de chacun des deux axes de ladite première face perpendiculaires à une ligne joignant les axes longitudinaux respectifs des deux éléments de signalisation et passant par les deux points de contact respectifs de ladite face avec lesdits éléments de signalisation.
  20. Dispositif selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que les projections des points d'appui sur ladite pièce (29) des éléments de signalisation (36a, 36b) et de l'interrupteur (295) dans le plan de ladite première face de ladite pièce sont alignées.
  21. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que dans ledit plan les projections des points d'appui des éléments de signalisation sont disposées symétriquement par rapport à la projection du point d'appui de l'interrupteur.
  22. Dispositif selon l'une des revendications 18 à 21, caractérisé en ce que l'interrupteur est précontraint mécaniquement pour solliciter ladite deuxième face de la pièce (29) dans la direction opposée à la sollicitation des éléments de signalisation (36a, 36b).
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