EP1826793A1 - Dispositif de protection contre les surtensions avec déconnecteur thermique à double surface de contact - Google Patents

Dispositif de protection contre les surtensions avec déconnecteur thermique à double surface de contact Download PDF

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EP1826793A1
EP1826793A1 EP07356028A EP07356028A EP1826793A1 EP 1826793 A1 EP1826793 A1 EP 1826793A1 EP 07356028 A EP07356028 A EP 07356028A EP 07356028 A EP07356028 A EP 07356028A EP 1826793 A1 EP1826793 A1 EP 1826793A1
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disconnection
contact surface
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fuse element
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    • 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
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • H01H37/74—Switches in which only the opening movement or only the closing movement of a contact is effected by heating or cooling
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    • H01H37/761—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit
    • H01H2037/762—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit using a spring for opening the circuit when the fusible element melts
    • H01H2037/763—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit using a spring for opening the circuit when the fusible element melts the spring being a blade spring
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    • H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material
    • H01H2037/768—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material characterised by the composition of the fusible material

Definitions

  • the protection device 1 of an electrical installation 2 against overvoltages is intended to be connected bypass (or " parallel ”) to said electrical installation 2 to protect the latter against overvoltages, as illustrated Figure 1.
  • mean plane of extension is meant the fact that each contact surface extends essentially in two main directions of space and that it is possible to define two secant middle lines, corresponding for example to a straight line of linear regression of the constituent points of the respective profiles of the surface according to each of these two main directions, the mean extension plane being the area generated by these two mean lines.
  • mean extension planes (P 1 ) and (P 2 ) constitute fixed reference planes associated with the closure configuration and to which reference is made to define the geometry and the movements of the constituent elements of the device.
  • this combination of shearing and tearing localized movements and effects can be obtained by orienting the first mean extension plane P 1 and the second mean extension plane P 2 so that they form an angle between 70 ° and 110 °.
  • said first and second extension planes will be substantially orthogonal.

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Abstract

- L'invention concerne un dispositif de protection (1) d'une installation électrique contre les surtensions comprenant au moins un composant de protection (3), ainsi qu'un moyen de déconnexion susceptible d'être rappelé d'une configuration de fermeture dans laquelle le composant de protection (3) est relié à l'installation à une configuration d'ouverture dans laquelle le composant de protection (3) est déconnecté de l'installation (2), ledit dispositif (1) comportant au moins un premier élément fusible (7) et un second élément fusible aptes à retenir le moyen de déconnexion (4) en configuration de fermeture, et le moyen de déconnexion (4) comportant au moins une première surface de contact et une seconde surface de contact sensiblement sécantes l'une par rapport à l'autre auxquelles adhèrent respectivement le premier et le second élément fusible. - Dispositifs de protection contre les surtensions.

Description

  • La présente invention se rapporte au domaine technique général des dispositifs de protection d'installations et d'équipements électriques contre les surtensions électriques, en particulier transitoires, notamment dues à la foudre.
  • La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions comprenant au moins un composant de protection destiné à être raccordé à l'installation électrique, ainsi qu'un moyen de déconnexion apte à assurer la déconnexion électrique dudit composant de protection de l'installation, ledit moyen de déconnexion étant susceptible d'être rappelé d'une configuration de fermeture dans laquelle le composant de protection est relié à l'installation électrique à une configuration d'ouverture dans laquelle le composant de protection est déconnecté de l'installation électrique.
  • La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions comprenant au moins un composant de protection destiné à être raccordé à l'installation électrique, ainsi qu'un moyen de déconnexion apte à assurer la déconnexion électrique dudit composant de protection de l'installation, ledit moyen de déconnexion étant susceptible d'être rappelé d'une configuration de fermeture dans laquelle le composant de protection est relié à l'installation électrique à une configuration d'ouverture dans laquelle le composant de protection est déconnecté de l'installation électrique.
  • Il est connu de recourir à des dispositifs de protection aptes à protéger les appareils électriques ou électroniques contre les surtensions pouvant par exemple résulter de phénomènes de foudre.
  • Ces dispositifs de protection comportent, d'une manière générale, un ou plusieurs composants de protection contre les surtensions, tels que par exemple une varistance ou un éclateur. Lorsque le ou les composants de protection sont exposés à des tensions supérieures à une valeur seuil prédéterminée, ils sont susceptibles d'écouler le courant de défaut à la terre tout en écrêtant la surtension à une valeur compatible avec la tenue de l'installation et des équipements qui y sont raccordés.
  • En cas de défaillance, notamment à la fin de leur vie, les composants de protection sont susceptibles d'être sujets à des échauffements importants pouvant entraîner de sérieux dommages à l'installation et présenter des risques pour l'utilisateur, par exemple en déclenchant un incendie. C'est la raison pour laquelle les dispositifs de protection contre les surtensions sont généralement pourvus de moyens de déconnexion thermique. Ces moyens de déconnexion thermique sont destinés à isoler le composant de protection de l'installation électrique à protéger en cas d'échauffement excessif dudit composant afin de supprimer l'alimentation électrique source de l'échauffement et ainsi prévenir l'apparition ou limiter les conséquences néfastes d'une élévation importante de température.
  • Afin de conférer aux moyens de déconnexion thermiques leur sensibilité à l'élévation de la température du composant de protection, il est connu d'utiliser un élément fusible dont l'état sera susceptible d'être modifié par la chaleur dégagée par le composant de protection. En particulier, il est connu d'utiliser une brasure fusible pour réaliser la jonction entre l'une des bornes d'alimentation du composant de protection et un élément conducteur mobile, tel qu'un curseur ou une lame de déconnexion, lequel est généralement soumis à une contrainte mécanique tendant à l'écarter de ladite borne d'alimentation. Ainsi, lorsqu'un échauffement excessif du composant de protection entraîne la fusion de la brasure, l'élément conducteur mobile s'écarte de la borne d'alimentation du composant de protection, isolant ainsi ce dernier de l'installation à protéger.
  • Afin de prévenir un échauffement dangereux du composant, il convient que la déconnexion intervienne avant que la température de ce dernier n'atteigne un seuil critique. A cet effet, les éléments fusibles sont généralement réalisés à l'aide d'alliages métalliques spécifiques dont le point de fusion est relativement bas. Usuellement, les alliages utilisés à cet effet contiennent du plomb et souvent d'autres matériaux toxiques comme le cadmium.
  • Or, les dispositions réglementaires en matière sanitaire prévoient à brève échéance l'interdiction d'utiliser certains matériaux toxiques, en particulier le plomb, comme matériau constitutif des produits électriques et électroniques.
  • Ainsi, il apparaît nécessaire de renoncer aux alliages au plomb utilisés jusqu'à présent pour réaliser les éléments fusibles de moyens de déconnexion thermiques au profit d'alliages exempts de plomb et dont la température de fusion est au moins aussi basse.
  • Si de tels alliages sont connus, comme par exemple certains alliages étain-bismuth, le remplacement des éléments fusibles à l'identique dans les dispositifs de protection contre les surtensions existants est impossible, car les alliages sans plomb connus ne possèdent pas les mêmes caractéristiques mécaniques, et en particulier pas la même tenue à la contrainte que les alliages au plomb.
  • En particulier, cette résistance mécanique moindre expose le joint de soudure à une rupture prématurée susceptible de survenir sous l'effet des efforts électrodynamiques qui s'exercent sur les éléments conducteurs du dispositif de protection lorsque celui-ci est traversé par un courant de décharge correspondant à l'écrêtage d'une surtension dans le cadre de son fonctionnement normal. En d'autres termes, l'usage d'une soudure fusible sans plomb est de nature à réduire le pouvoir de décharge du dispositif de protection, c'est-à-dire dégrader ses performances en amoindrissant l'intensité maximale du courant de défaut que ledit dispositif peut écouler plusieurs fois de suite sans subir de dommage.
  • Ainsi, le remplacement des éléments fusibles au plomb par des éléments fusibles sans plomb se heurte à deux difficultés majeures : la première consistant à conserver un point de fusion suffisamment bas pour garantir la sécurité de fonctionnement, c'est-à-dire le déclenchement suffisamment rapide du moyen de déconnexion thermique, la seconde étant d'assurer une tenue mécanique suffisante de la jonction réalisée par l'élément fusible, en particulier pour ne pas perturber le fonctionnement normal du dispositif par une déconnexion inopinée lors de l'écoulement d'un courant de décharge.
  • Les objets assignés à l'invention visent par conséquent à porter remède aux différents inconvénients énumérés précédemment et à proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions dont les moyens de déconnexion thermique présentent une tenue mécanique améliorée.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un dispositif de protection contre les surtensions particulièrement respectueux de l'environnement.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection contre les surtensions dont la conception soit particulièrement simple, peu coûteuse et fiable.
  • Enfin, un autre objet de l'invention vise à proposer un procédé de fabrication d'un dispositif de protection contre les surtensions permettant d'améliorer la tenue mécanique des moyens de déconnexion dudit dispositif.
  • Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions comprenant au moins un composant de protection destiné à être raccordé à l'installation électrique, ainsi qu'un moyen de déconnexion apte à assurer la déconnexion électrique dudit composant de protection de l'installation, ledit moyen de déconnexion étant susceptible d'être rappelé d'une configuration de fermeture dans laquelle le composant de protection est relié à l'installation électrique à une configuration d'ouverture dans laquelle le composant de protection est déconnecté de l'installation électrique, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte au moins un premier élément fusible et un second élément fusible aptes à retenir le moyen de déconnexion en configuration de fermeture, et en ce que le moyen de déconnexion comporte au moins une première surface de contact et une seconde surface de contact sensiblement sécantes l'une par rapport à l'autre et auxquelles adhèrent respectivement le premier et le second élément fusible lorsque ledit moyen de déconnexion se trouve en configuration de fermeture, de sorte à répartir les contraintes exercées sur lesdits éléments fusibles et ainsi renforcer la tenue mécanique dudit moyen de déconnexion.
  • Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un procédé de fabrication d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions comprenant au moins un composant de protection destiné à être raccordé à l'installation électrique, ainsi qu'un moyen de déconnexion apte à assurer la déconnexion électrique dudit composant de protection de l'installation, ledit moyen de déconnexion étant susceptible d'être rappelé d'une configuration de fermeture dans laquelle le composant de protection est relié à l'installation électrique à une configuration d'ouverture dans laquelle le composant de protection est déconnecté de l'installation électrique, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (a) d'élaboration du moyen de déconnexion au cours de laquelle on confère audit moyen de déconnexion au moins une première surface de contact et une seconde surface de contact sensiblement sécantes l'une par rapport à l'autre, ainsi qu'une étape (b) d'assemblage au cours de laquelle au met en place au sein dudit dispositif au moins un premier élément fusible et un second élément fusible de telle sorte que ceux-ci puissent retenir le moyen de déconnexion en configuration de fermeture et que ceux-ci adhèrent respectivement auxdites première et seconde surfaces de contact lorsque ledit moyen de déconnexion se trouve en configuration de fermeture, de manière à répartir les contraintes exercées sur lesdits éléments fusibles et ainsi renforcer la tenue mécanique dudit moyen de déconnexion.
  • D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront plus en détails à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide des dessins annexés donnés à titre purement illustratifs et non limitatifs, parmi lesquels :
    • la figure 1 illustre, selon une vue schématique, un dispositif de protection conforme à l'invention connecté à une installation électrique à protéger.
    • La figure 2 illustre, selon une vue en coupe de face, un dispositif de protection conforme à l'invention dans sa configuration de fermeture.
    • La figure 3 illustre, selon une vue en coupe de face, le dispositif de la figure 2 dans sa configuration d'ouverture.
    • La figure 4 illustre, selon une vue partielle en coupe de dessus selon la ligne M-M, le dispositif de la figure 2.
    • La figure 5 illustre, selon une vue partielle en coupe de dessus, le dispositif de la figure 3, le plan de coupe étant le même que celui de la figure 4.
    • La figure 6 illustre, selon une vue de détail agrandie, la partie de la figure 4 délimitée par un cercle.
    • La figure 7 illustre, selon une vue en coupe en perspective, une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention.
  • Le dispositif de protection 1 d'une installation électrique 2 contre les surtensions conforme à l'invention est destiné à être branché en dérivation (ou « en parallèle ») sur ladite installation électrique 2 pour protéger cette dernière contre les surtensions, comme l'illustre la figure 1.
  • L'expression « installation électrique » fait référence à tout type d'appareil ou réseau alimenté électriquement et susceptible de subir des perturbations de tension, notamment des surtensions transitoires dues à la foudre.
  • Le dispositif de protection 1 peut donc avantageusement constituer un parafoudre.
  • Le dispositif de protection 1 contre les surtensions conforme à l'invention est avantageusement destiné à être disposé entre une phase de l'installation à protéger 2 et la terre. Il est par ailleurs envisageable, sans pour autant sortir du cadre de l'invention, que le dispositif 1, au lieu d'être branché en dérivation entre une phase et la terre, soit branché entre le neutre et la terre, entre la phase et le neutre ou encore entre deux phases pour former une protection différentielle.
  • Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention comprend au moins un composant de protection 3 destiné à être raccordé à l'installation électrique 2 et à protéger celle-ci contre les surtensions, en particulier transitoires. Dans la suite de la description, on considère que chaque composant de protection 3 contre les surtensions est formé par une varistance, étant entendu que l'utilisation d'une varistance n'est indiquée qu'à titre d'exemple et ne constitue en aucune manière une restriction de l'invention.
  • En d'autres termes, le dispositif de protection 1 comporte un ou plusieurs composants de protection contre les surtensions qui, lorsqu'ils sont exposés à des tensions supérieures à une valeur seuil prédéterminée, sont susceptibles d'écouler le courant de défaut à la terre tout en écrêtant la surtension à une valeur compatible avec la tenue de l'installation.
  • De préférence, ladite varistance 3 se présente sous la forme d'un parallélépipède rectangle sensiblement aplati et pourvu de deux bornes d'alimentation 12, 14.
  • Le dispositif de protection 1 comprend également un moyen de déconnexion 4 apte à assurer la déconnexion électrique du composant de protection 3 de l'installation électrique 2, notamment en cas de défaillance dudit composant de protection 3. De préférence, le moyen de déconnexion 4 est susceptible d'être rappelé d'une configuration de fermeture dans laquelle le composant de protection 3 est relié à l'installation électrique, tel que cela est illustré par exemple sur la figure 2, à une configuration d'ouverture dans laquelle le composant de protection 3 est déconnecté de l'installation électrique, tel que cela est illustré par exemple à la figure 3.
  • De façon préférentielle, une partie au moins du moyen de déconnexion 4 est mobile, de préférence en rotation, entre une position de fermeture dans laquelle ledit moyen de déconnexion 4 assure la connexion électrique de la varistance 3 à l'installation électrique 2, et une position d'ouverture dans laquelle ledit moyen de déconnexion 4 sépare la varistance 3 de ladite installation 2. Ainsi, les positions de fermeture et d'ouverture correspondent aux configurations de fermeture et d'ouverture respectivement.
  • De façon particulièrement préférentielle, le moyen de déconnexion 4 est monté précontraint lorsqu'il se trouve dans sa position de fermeture, c'est-à-dire que sa partie mobile est montée en contrainte dans sa position de fermeture et soumise à une force de rappel élastique F qui tend à la propulser vers sa position d'ouverture. Cette force de rappel élastique peut être externe, par exemple fournie par la compression d'un ressort qui se trouve en liaison mécanique avec le moyen de déconnexion 4, ou interne, si le moyen de déconnexion 4 est lui-même élastique. De façon encore plus préférentielle, le moyen de déconnexion 4 est formé par une lame ressort 5 électriquement conductrice, par exemple métallique, dont une extrémité libre se trouve précontrainte, par exemple en flexion, lorsqu'elle se trouve en position de fermeture. Dans ce qui suit, on assimilera par souci de simplicité le moyen de déconnexion 4 à une lame ressort 5, dite également « lame de déconnexion » sans que cela ne constitue une limitation de l'invention.
  • Selon une variante de réalisation préférentielle, le dispositif 1 comprend également un moyen de blocage 6 apte à retenir la lame de déconnexion 5 dans sa position de fermeture et, sous certaines conditions, à libérer cette dernière pour lui permettre de passer en position d'ouverture.
  • Selon l'invention, le moyen de blocage 6 comprend au moins un premier élément fusible 7 et un second élément fusible 8 qui exercent chacun une force de retenue élémentaire, dont la combinaison permet d'obtenir une force de retenue résultante suffisante pour maintenir le moyen de déconnexion 4 en configuration de fermeture.
  • Lesdits premier et second éléments fusibles 7, 8 sont notamment sensibles à la chaleur qu'est susceptible de dégager le composant de protection 3. En particulier, lesdits éléments fusibles 7, 8 sont agencés de telle sorte que leur rupture intervienne sous l'effet de la chaleur dégagée par le composant de protection 3 et ait pour conséquence la libération de la lame ressort 5. Le moyen de déconnexion 4 peut donc avantageusement constituer un moyen de déconnexion thermique.
  • Par « rupture », on entend une perte de cohésion quelconque de l'élément fusible, laquelle peut consister par exemple en une diminution de son adhérence, en un arrachement ductile notamment dû à un ramollissement sous contrainte, en une rupture fragile sous l'effet d'un choc ou en une fusion partielle ou totale.
  • Plus particulièrement, afin d'assurer leur fonction de retenue, lesdits premier et second éléments fusibles 7, 8 réaliseront de préférence, lorsque le moyen de déconnexion 4 se trouve en configuration de fermeture, une jonction mécanique de type encastrement entre un élément fixe par rapport au composant de protection 3 et la lame de déconnexion 5.
  • Ainsi, le dispositif de protection conforme à l'invention comporte au moins un premier élément fusible 7 et un second élément fusible 8 aptes à retenir le moyen de déconnexion 4 en configuration de fermeture.
  • Avantageusement, la configuration de fermeture correspond donc à un état préférentiellement instable du dispositif de protection 1, dans lequel le composant de protection 3 est relié électriquement à l'installation électrique 2, et par conséquent susceptible d'être alimenté et traversé par un courant électrique, notamment un courant de décharge. La configuration d'ouverture correspond quant à elle à un état du dispositif 1 préférentiellement stable dans lequel le moyen de déconnexion 4 se trouve dans une position de rappel dans laquelle il assure la séparation électrique entre le composant de protection 3 et l'installation 2, c'est-à-dire l'isolement dudit composant de protection.
  • Selon une variante de réalisation, la configuration d'ouverture peut correspondre à un état d'isolement du composant de protection 3 comme à un état d'isolement du dispositif 1 par rapport à l'installation électrique 2. En particulier, la configuration d'ouverture évitera de préférence la mise en court-circuit de l'installation électrique 2.
  • Bien qu'il soit envisageable, sans sortir du cadre de l'invention, que l'un et/ou l'autre des éléments fusibles soient en prise avec un mécanisme annexe bloquant indirectement la lame de déconnexion 5 lorsque celle-ci se trouve en position de fermeture, lesdits premier et second éléments fusibles seront de préférence en prise directe avec le moyen de déconnexion 4.
  • A cette fin, selon une caractéristique importante de l'invention, le moyen de déconnexion 4 comporte de préférence au moins une première surface de contact 4A et une seconde surface de contact 4B sensiblement sécantes l'une par rapport à l'autre et auxquelles adhèrent respectivement le premier élément fusible 7 et le second élément fusible 8 lorsque ledit moyen de déconnexion 4 se trouve en configuration de fermeture.
  • Ainsi, on peut répartir les contraintes exercées par le moyen de déconnexion 4 sur lesdits premier et second éléments fusibles 7, 8 et renforcer la tenue mécanique dudit moyen de déconnexion 4, notamment vis-à-vis des efforts électrodynamiques qui apparaissent lors de l'écoulement normal des courants de foudre à travers le dispositif 1.
  • Selon une variante de réalisation préférentielle, lesdites surfaces de contact 4A et AB seront sensiblement perpendiculaires.
  • De préférence, ledit premier élément fusible 7 et/ou ledit second élément fusible 8 comprennent une brasure. De façon encore plus préférentielle, le premier et le second élément fusible sont formés chacun par une brasure.
  • Il convient d'utiliser pour réaliser lesdites brasures des matériaux d'apport dont la température de fusion est inférieure ou égale à la température critique considérée comme le seuil de dangerosité en cas d'échauffement de la varistance 3.
  • Selon une variante de réalisation préférentielle, les éléments fusibles 7, 8 seront réalisé à l'aide d'un alliage étain - bismuth, en particulier d'un alliage contenant 43 % d'étain et 57 % de bismuth. A titre indicatif, la température de fusion d'un tel alliage est de l'ordre de 138 °C tandis que celle d'un alliage comprenant 50 % d'étain, 18 % de cadmium et 32 % de plomb avoisine les 145 °C.
  • De préférence, les éléments fusible 7, 8 comporteront donc, en tant que métal d'apport utilisé pour réaliser ladite ou lesdites brasures, un métal ou un alliage contenant moins de 0,1 % en masse de plomb, limitant ainsi considérablement le recours à des substances nocives.
  • De façon particulièrement avantageuse, cette utilisation d'un alliage dont la tenue mécanique intrinsèque est inférieure à celle de certains alliages au plomb de l'art antérieur est rendue possible grâce à la configuration particulière, conformément à la présente invention, des éléments fusibles.
  • Par « surfaces de contact », on désigne des éléments de surface destinés à être accolés fonctionnellement au contact des éléments fusibles. En particulier, lorsque l'élément fusible correspondant est formé par une brasure, la surface de contact correspondra à la zone destinée à être mouillée par le métal d'apport pour assurer l'adhérence de celui-ci. De préférence, lorsque le moyen de déconnexion 4 se trouve en configuration de fermeture, la première surface de contact 4A s'étendra sensiblement orthogonalement à la direction correspondant à l'épaisseur du premier élément fusible 7. De manière analogue, la seconde surface de contact 4B s'étendra alors de préférence sensiblement orthogonalement à la direction correspondant à l'épaisseur du second élément fusible 8. En d'autres termes, les surfaces de contact correspondront de préférence aux directions d'extension principales des éléments fusibles qui leur sont respectivement associés.
  • L'expression « sensiblement sécantes » désigne le fait que les surfaces de contact 4A, 4B, ou tout du moins leurs prolongements dans l'espace, se rejoignent au niveau d'une ligne d'intersection, laquelle peut être droite ou quelconque. Par ailleurs, selon que lesdites surfaces sont contiguës ou séparées, par exemple étagées, ladite ligne d'intersection pourra être matérialisée ou non.
  • Plus particulièrement, la première surface de contact (4A) s'étend de préférence selon un premier plan moyen d'extension (P1), lorsque le moyen de déconnexion 4 se trouve en configuration de fermeture.
  • De manière analogue, la seconde surface de contact (4B) s'étend de préférence selon un second plan moyen d'extension (P2), lorsque le moyen de déconnexion 4 se trouve en configuration de fermeture.
  • Par « plan moyen d'extension », on désigne le fait que chaque surface de contact s'étend essentiellement selon deux directions principales de l'espace et qu'il est possible de définir deux lignes moyennes sécantes, correspondant par exemple à une droite de régression linéaire des points constitutifs des profils respectifs de la surface selon chacune de ces deux directions principales, le plan moyen d'extension étant la surface engendrée par ces deux lignes moyennes.
  • Par ailleurs, les plans moyens d'extension (P1) et (P2) constituent des plans de référence fixes associés à la configuration de fermeture et auxquels il est fait référence pour définir la géométrie et les mouvements des éléments constitutifs du dispositif.
  • Bien entendu, la première surface de contact 4A et/ou la seconde surface de contact 4B peuvent parfaitement présenter des profils sensiblement plans, bombés, ondulés, irréguliers ou encore un aspect lisse ou strié sans sortir du cadre de la présente invention.
  • De préférence, la première surface de contact 4A ou la seconde surface de contact 4B est sensiblement plane, et de façon particulièrement préférentielle, la première et la seconde surfaces de contact 4A, 4B sont toutes les deux sensiblement planes.
  • Selon une caractéristique importante de l'invention, le moyen de déconnexion 4 est de préférence apte, lorsqu'il passe de la configuration de fermeture à la configuration d'ouverture, à se déplacer sensiblement parallèlement audit premier plan moyen d'extension P1. En d'autres termes, la lame de déconnexion 5 aura tendance à opérer un glissement plan le long dudit premier plan moyen d'extension P1 lorsqu'elle se déplacera de sa position de fermeture à sa position d'ouverture.
  • Ainsi, l'effort de rappel F aura de préférence tendance à solliciter le premier élément fusible 7 en cisaillement, notamment à l'interface d'adhérence entre ledit premier élément fusible et la première surface de contact 4A.
  • Selon une autre caractéristique importante de l'invention, le moyen de déconnexion 4 est de préférence apte, lorsqu'il passe de la configuration de fermeture à la configuration d'ouverture, à s'écarter sensiblement frontalement dudit second plan moyen d'extension (P2).
  • Ainsi, l'effort de rappel F aura de préférence tendance à solliciter le second élément fusible 8 en traction, ou arrachement, notamment à l'interface d'adhérence entre ledit premier élément fusible et la seconde surface de contact 4B.
  • Géométriquement, cette combinaison de mouvements et d'effets localisés de cisaillement et d'arrachement peut être obtenue en orientant par construction le premier plan moyen d'extension P1 et le second plan moyen d'extension P2 de telle sorte que ceux-ci forment un angle compris entre 70° et 110°. De préférence, ainsi que cela est illustré sur les figures 2, 4 et 6, lesdits premier et second plans moyens d'extension seront sensiblement orthogonaux.
  • Par ailleurs, ainsi que cela est illustré sur les figures 2, 4 et 6 le premier plan moyen d'extension P1 sera de préférence sensiblement parallèle à l'une des faces de la varistance 3 tandis que le second plan moyen d'extension P2 sera de préférence sensiblement normal à la tangente au départ de la trajectoire qu'emprunte la lame de déconnexion 5 pour passer de sa position de fermeture à sa position d'ouverture.
  • De façon particulièrement avantageuse, l'agencement des surfaces de contact 4A, 4B conformément à l'invention permet d'exploiter les trois dimensions de l'espace pour augmenter la densité de surface utile dans un volume déterminé.
  • Par « surface utile », on désigne une surface contribuant effectivement au maintien du moyen de déconnexion 4 lorsque celui-ci se trouve en configuration de fermeture. Ainsi, les premières surfaces de contact 4A, 4B constituent, non exclusivement, des surfaces utiles. Selon une variante de réalisation préférentielle, une surface utile correspondra à une étendue mouillée par un métal d'apport, laquelle a une influence sur la sollicitation maximale admissible par la jonction ainsi réalisée par brasage.
  • En outre, l'agencement des surfaces de contact conforme à l'invention permet de diversifier la nature des sollicitations auxquelles sont soumis les éléments fusibles, et notamment de combiner cisaillement et arrachement de sorte à tirer le meilleur parti des capacités de résistance mécanique desdits éléments fusibles.
  • Plus particulièrement, on pourra avantageusement chercher à privilégier un agencement respectif des éléments fusibles et des surface de contact associées dans lequel la sollicitation mécanique de l'un au moins desdits éléments fusibles, laquelle résulte de l'écoulement des courant de foudre (voire, dans une moindre mesure, de l'effort de rappel F), se traduit principalement sous la forme (cisaillement pur, par exemple) vis-à-vis de laquelle ledit élément fusible est le plus résistant, et/ou dans lequel la contrainte résultante peut être minimisée par un surdimensionnement de la superficie (section) à laquelle s'applique ladite sollicitation.
  • En d'autres termes, les dispositions constructives susmentionnées permettent de renforcer la résistance mécanique du moyen de blocage 6 tout en présentant un encombrement réduit.
  • Il est particulièrement remarquable que ce renforcement de la résistance mécanique du moyen de blocage 6 est également susceptible de permettre au dispositif 1 de tolérer des effets électrodynamiques violents, c'est-à-dire notamment de résister à l'écoulement de courants d'intensités particulièrement élevées.
  • Selon une variante de réalisation, le moyen de déconnexion 4 comporte un premier élément de jonction 10 présentant deux branches, les première et seconde surfaces de contact s'étendent respectivement sur l'une et l'autre des deux branches. De préférence, lesdites branches sont disposées en L, par exemple pour former cornière.
  • De façon préférentielle, ledit premier élément de jonction 10 est venu de matière avec la lame de déconnexion 5, laquelle peut notamment être pourvue à cet effet d'une ou plusieurs pattes recourbées, notamment faisant saillie à angle droit par rapport au plan d'extension principal de ladite lame 5.
  • De préférence, le dispositif 1 conforme à l'invention comporte également un second élément de jonction 11 qui est fixe par rapport au composant de protection 3 et qui présente une forme sensiblement conjuguée au premier élément de jonction 10.
  • De façon particulièrement avantageuse, ledit second élément de jonction 11 peut être fixé sur, ou même, de préférence, venu de matière avec l'une des bornes d'alimentation 12, 14 de la varistance 3.
  • Selon une variante de réalisation préférentielle, lorsque le moyen de déconnexion 4 se trouve en configuration de fermeture, les premier et second éléments fusibles 7, 8 peuvent être pris en sandwich entre le premier élément de jonction 10 et le second élément de jonction 11. Comme illustré aux figures 2, 4, 6, il est ainsi possible de réaliser une liaison mécanique et électrique directe entre la lame de déconnexion 5 et la première borne d'alimentation 12 de la varistance 3, par un chevauchement des surfaces de contact 4A, 4B et des surfaces utiles correspondantes des éléments fixes, formées en l'occurrence par les surfaces extérieures 11A, 11 B des branches du second élément de jonction 11.
  • Avantageusement, la mise en oeuvre d'un agencement conforme à l'invention est possible dans différentes configurations de présentation des bornes d'alimentation 12, 14 de la varistance 3. Toutefois, on utilisera de préférence une varistance 3 dont au moins l'une des bornes d'alimentation fait saillie sur l'une de ses faces d'extension principales, comme cela est le cas de la première borne 12 sur les figures 2 à 5 et sur la figure 7, de manière à pouvoir exploiter une surface utile étendue sans augmenter significativement l'encombrement du dispositif 1.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à une configuration dans laquelle le premier élément de jonction 10 présente une forme concave vis-à-vis des éléments fusibles. En d'autres termes il serait envisageable d'inverser les géométries illustrées aux figures 4 et 6, c'est-à-dire de réaliser un premier élément de jonction 10 saillant venant s'appuyer contre les premier et second éléments fusibles eux-mêmes disposés au creux d'un deuxième élément de jonction 11 rentrant.
  • Selon une variante de réalisation représentée sur la figure 7, la première borne d'alimentation 12 peut notamment former une sorte de siège dont l'assise supporterait le premier élément fusible 7, dont le dossier supporterait le second élément fusible 8 et contre lequel viendrait reposer la lame de déconnexion 5 lorsque cette dernière se trouve en position de fermeture. Avantageusement, dans la variante de réalisation représentée sur la figure 7, ladite première borne d'alimentation 12 se trouve sensiblement au centre de l'une des faces d'extension principale de la varistance 3, de telle sorte que la lame de déconnexion 5, lorsqu'elle pivote pour passer de sa position de fermeture à sa position d'ouverture, peut disposer d'un important débattement sans que cela n'augmente l'encombrement du dispositif 1, ledit débattement étant notamment susceptible de s'inscrire sensiblement dans un espace borné par les contours de ladite varistance 3.
  • Bien qu'ils puissent être séparés, le premier élément fusible 7 et le second élément fusible 8 sont, selon une variante de réalisation préférentielle, contigus et forment un ensemble monolithique 7, 8 lorsque le moyen de déconnexion 4 se trouve en configuration de fermeture. En particulier, le joint de matériau d'apport peut être sensiblement continu et remplir sans interruption l'ensemble de l'interstice ménagé entre le premier élément de jonction 10 et le second élément de jonction 11. De même, il est envisageable de noyer dans le matériau d'apport des portions des éléments de jonction qui s'étendent au-delà des surfaces utiles, de manière à former, par exemple, une grosse goutte de brasure au sein de laquelle est mise en oeuvre un agencement conforme à l'invention.
  • Par ailleurs, le dispositif 1 conforme à l'invention peut avantageusement comporter un boîtier isolant 20 de format standardisé, au sein duquel est notamment monté le composant de protection 3. De préférence, le dispositif 1 comprendra également deux plots de raccordement 21, 22 permettant de réaliser l'interface de liaison électrique entre l'extérieur et l'intérieur du boîtier 20.
  • Enfin, il est parfaitement envisageable d'employer indifféremment un moyen de déconnexion 4 mobile en translation, tel qu'un curseur, ou en rotation sans sortir du cadre de l'invention. De même, il est envisageable de réaliser un moyen de blocage 6 plus complexe, ne se résumant pas à un brasage direct de la lame de déconnexion 5 mais comprenant par exemple des moyens de butée, tels des crans, aptes à retenir le moyen de déconnexion 4, ledit moyen de blocage 6 étant susceptible de s'écarter de la trajectoire dudit moyen de déconnexion 4 pour libérer le mouvement de celui-ci vers sa position d'ouverture.
  • Un procédé de fabrication d'un dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention va maintenant être décrit.
  • Ledit procédé de fabrication d'un dispositif de protection 1 d'une installation électrique 2 contre les surtensions comprenant au moins un composant de protection 3 destiné à être raccordé à l'installation électrique, ainsi qu'un moyen de déconnexion 4 apte à assurer la déconnexion électrique dudit composant de protection de l'installation, ledit moyen de déconnexion étant susceptible d'être rappelé d'une configuration de fermeture dans laquelle le composant de protection 3 est relié à l'installation électrique à une configuration d'ouverture dans laquelle le composant de protection 3 est déconnecté de l'installation électrique 2, comporte de préférence une étape (a) d'élaboration du moyen de déconnexion 4 au cours de laquelle on confère audit moyen de déconnexion au moins une première surface de contact 4A et une seconde surface de contact 4B sensiblement sécantes l'une par rapport à l'autre.
  • De façon préférentielle, on réalisera le moyen de déconnexion sous la forme d'une lame de déconnexion 5 métallique. Avantageusement, ladite lame pourra être découpée puis pliée, ou emboutie, de manière à présenter différentes portions définissant lesdites premières et secondes surfaces de contact.
  • En particulier, l'étape (a) peut comporter une sous-étape (a') au cours de laquelle on réalise, de préférence par découpe et pliage d'une lame métallique un premier élément de jonction 10 présentant deux branches sur lesquelles s'étendent respectivement la première et la seconde surface de contact 4A, 4B.
  • De préférence, ledit procédé de fabrication comporte également une étape (b) d'assemblage au cours de laquelle au met en place au sein du dispositif 1 au moins un premier élément fusible 7 et un second élément fusible 8 de telle sorte que ceux-ci puissent retenir le moyen de déconnexion 4 en configuration de fermeture et que ceux-ci adhèrent respectivement auxdites première et seconde surfaces de contact 4A, 4B lorsque ledit moyen de déconnexion 4 se trouve en configuration de fermeture.
  • De préférence, l'étape (b) comprendra une phase (b1) au cours de laquelle on mettra en place dans le boîtier 20 un composant de protection 3 dont l'une des bornes d'alimentation 12, 14 présentera un second élément de jonction 11 de forme sensiblement conjuguée au premier élément de jonction 10. De préférence, ainsi que cela est illustré sur les figures 2, 4, 6 et 7, on coudera à cet effet la première borne d'alimentation 12 de la varistance 3 de manière à former une cornière en L.
  • De préférence, l'étape (b) comprendra une phase (b2) au cours de laquelle on fixera la lame de déconnexion 5 au sein du boîtier, de telle sorte que ladite lame 5 soit reliée électriquement à l'un des plots de raccordement 21, 22 du dispositif, par exemple au premier plot de raccordement 21 tel que cela est illustré sur les figures 2 et 3.
  • Selon une variante de réalisation préférentielle, la mise en place des éléments fusibles 7, 8 consistera à réaliser un brasage à l'aide d'un matériau d'apport à bas point de fusion pour fixer l'extrémité libre de la lame de déconnexion 5 à la borne correspondante 12 de la varistance 3.
  • Plus précisément, l'étape (b) comprendra de préférence une phase (b3) au cours de laquelle on rapprochera le premier élément de jonction 10 du second élément de jonction 11 en fléchissant l'extrémité libre de la lame de déconnexion 5 jusqu'à ce que lesdits éléments de jonction se chevauchent partiellement en délimitant un interstice, puis une phase (b4) au cours de laquelle on remplira ledit interstice à l'aide du matériau d'apport en fusion.
  • Les étapes du procédé de fabrication décrites ci-dessus ne sont pas limitatives et leur numérotation ne constitue nullement une restriction quant à leur ordre d'exécution. Par exemple, il est envisageable d'enduire de matériau d'apport l'un ou l'autre des éléments de jonction 10, 11 avant de procéder aux phases b1, b2, b3, et de provoquer une simple re-fusion du matériau d'apport au moment de fixer la lame 5 à la première borne d'alimentation 12.
  • Avantageusement, le dispositif conforme à l'invention permet de renforcer la tenue mécanique du moyen de déconnexion thermique, par un surdimensionnement de la jonction réalisée par les éléments fusibles, en multipliant les surfaces utiles et en étendant leurs superficies, ce qui permet d'étaler le métal d'apport sur une zone de chevauchement plus étendue et par conséquent d'améliorer l'adhérence des fixations. De façon particulièrement avantageuse ce surdimensionnement n'augmente pas significativement l'encombrement global du dispositif, puisqu'il optimise la densité de surface utile dans un volume disponible donné.
  • Enfin, le dispositif conforme à l'invention permet avantageusement de modérer et/ou de répartir les contraintes exercées sur les éléments fusibles, de telle sorte qu'il est possible d'utiliser pour réaliser lesdits éléments fusibles des alliages non polluants exempts de plomb tout en conservant sensiblement le pouvoir de décharge du dispositif, c'est-à-dire l'intensité maximale du courant qui peut être écoulé plusieurs fois de suite par ledit dispositif sans dégradation de celui-ci.

Claims (14)

  1. - Dispositif de protection (1) d'une installation électrique (2) contre les surtensions comprenant au moins un composant de protection (3) destiné à être raccordé à l'installation électrique, ainsi qu'un moyen de déconnexion (4) apte à assurer la déconnexion électrique dudit composant de protection de l'installation, ledit moyen de déconnexion étant susceptible d'être rappelé d'une configuration de fermeture dans laquelle le composant de protection (3) est relié à l'installation électrique à une configuration d'ouverture dans laquelle le composant de protection (3) est déconnecté de l'installation électrique (2), caractérisé en ce que ledit dispositif (1) comporte au moins un premier élément fusible (7) et un second élément fusible (8) aptes à retenir le moyen de déconnexion (4) en configuration de fermeture, et en ce que le moyen de déconnexion (4) comporte au moins une première surface de contact (4A) et une seconde surface de contact (4B) sensiblement sécantes l'une par rapport à l'autre et auxquelles adhèrent respectivement le premier et le second élément fusible lorsque ledit moyen de déconnexion (4) se trouve en configuration de fermeture, de sorte à répartir les contraintes exercées sur lesdits éléments fusibles et ainsi renforcer la tenue mécanique dudit moyen de déconnexion.
  2. - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la première surface de contact (4A) s'étend selon un premier plan moyen d'extension (P1) et en ce que le moyen de déconnexion (4) est apte, lorsqu'il passe de la configuration de fermeture à la configuration d'ouverture, à se déplacer sensiblement parallèlement audit premier plan moyen d'extension (P1).
  3. - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la seconde surface de contact (4B) s'étend selon un second plan moyen d'extension (P2), lorsque le moyen de déconnexion se trouve en configuration de fermeture, et en ce que le moyen de déconnexion (4) est apte, lorsqu'il passe de la configuration de fermeture à la configuration d'ouverture, à s'écarter sensiblement frontalement dudit second plan moyen d'extension (P2).
  4. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première surface de contact (4A) et/ou la seconde surface de contact (4B) est sensiblement plane.
  5. - Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que le premier plan moyen d'extension (P1) et le second plan moyen d'extension (P2) forment un angle compris entre 70° et 110°, et de préférence sont sensiblement orthogonaux.
  6. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de déconnexion (4) comporte un premier élément de jonction (10) présentant deux branches, lesdites branches étant de préférence disposées en L, et en ce que les première et seconde surfaces de contact s'étendent respectivement sur l'une et l'autre des deux branches.
  7. - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte un second élément de jonction (11) qui est fixe par rapport au composant de protection (3) et qui présente une forme sensiblement conjuguée au premier élément de jonction (10), et en ce que, lorsque le moyen de déconnexion (4) se trouve en configuration de fermeture, les premier et second éléments fusibles (7, 8) sont pris en sandwich entre le premier élément de jonction (10) et le second élément de jonction (11).
  8. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le premier élément fusible (7) et le second élément fusible (8) sont contigus et forment un ensemble monolithique (7, 8) lorsque le moyen de déconnexion (4) se trouve en configuration de fermeture.
  9. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le premier élément fusible (7) et/ou le second élément fusible (8) comprend une brasure.
  10. - Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le métal d'apport utilisé pour réaliser ladite ou lesdites brasures contient moins de 0,1 % en masse de plomb.
  11. -Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le composant de protection (3) est formé par une varistance.
  12. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il constitue un parafoudre
  13. -Procédé de fabrication d'un dispositif de protection (1) d'une installation électrique (2) contre les surtensions comprenant au moins un composant de protection (3) destiné à être raccordé à l'installation électrique, ainsi qu'un moyen de déconnexion (4) apte à assurer la déconnexion électrique dudit composant de protection de l'installation, ledit moyen de déconnexion étant susceptible d'être rappelé d'une configuration de fermeture dans laquelle le composant de protection (3) est relié à l'installation électrique à une configuration d'ouverture dans laquelle le composant de protection (3) est déconnecté de l'installation électrique (2), caractérisé en ce qu'il comporte une étape (a) d'élaboration du moyen de déconnexion (4) au cours de laquelle on confère audit moyen de déconnexion au moins une première surface de contact (4A) et une seconde surface de contact (4B) sensiblement sécantes l'une par rapport à l'autre, ainsi qu'une étape (b) d'assemblage au cours de laquelle au met en place au sein dudit dispositif (1) au moins un premier élément fusible (7) et un second élément fusible (8) de telle sorte que ceux-ci puissent retenir le moyen de déconnexion (4) en configuration de fermeture et que ceux-ci adhèrent respectivement auxdites première et seconde surfaces de contact (4A, 4B) lorsque ledit moyen de déconnexion (4) se trouve en configuration de fermeture, de manière à répartir les contraintes exercées sur lesdits éléments fusibles et ainsi renforcer la tenue mécanique dudit moyen de déconnexion.
  14. - Procédé de fabrication selon la revendication 13 caractérisé en ce que l'étape (a) d'élaboration du moyen de déconnexion (4) comporte une sous-étape (a') au cours de laquelle on réalise, de préférence par pliage d'une lame métallique, un premier élément de jonction (10) présentant deux branches sur lesquelles s'étendent respectivement la première et la seconde surface de contact (4A, 4B).
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