EP2573785A1 - Court-circuiteur électrique triphasé à actionneur pyrotechnique - Google Patents

Court-circuiteur électrique triphasé à actionneur pyrotechnique Download PDF

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EP2573785A1
EP2573785A1 EP12354045A EP12354045A EP2573785A1 EP 2573785 A1 EP2573785 A1 EP 2573785A1 EP 12354045 A EP12354045 A EP 12354045A EP 12354045 A EP12354045 A EP 12354045A EP 2573785 A1 EP2573785 A1 EP 2573785A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
short
movable
circuiting device
bar
movable contact
Prior art date
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Granted
Application number
EP12354045A
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German (de)
English (en)
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EP2573785B1 (fr
Inventor
Hugues Filiputti
Marc Rival
Franck Garde
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2573785B1 publication Critical patent/EP2573785B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/004—Closing switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H31/00—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H31/003—Earthing switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H79/00—Protective switches in which excess current causes the closing of contacts, e.g. for short-circuiting the apparatus to be protected

Definitions

  • the present invention relates to a three-phase electric short-circuiter, of the type comprising at least first, second and third phase terminals, a dielectric insulation of these phase terminals therebetween, and a pyrotechnic actuator delimiting an expansion chamber of pyrotechnic actuation gases.
  • the invention finds particular application in the protection of humans and equipment in the electrical field, particularly against the various hazards related to arcing, including internal arcs that occur in electrical cabinets or other confined spaces.
  • a pyrotechnic actuator the energy caused by the pyrotechnic generation of gas is used to propel an actuator.
  • Known short-circuiters use pyrotechnic actuators to produce the maneuver leading to the desired short-circuit.
  • An advantage of such actuators is to allow very short closing times to be obtained. This advantage is particularly interesting in the protection against electric arcs, in particular against the internal arcs, whose important effects which are both destructive for the equipment and dangerous for the personnel, sometimes with very high levels of severity of injury. as much attenuated as the arc is quickly interrupted. In this protection against electric arcs, the desired performances are therefore very high, especially in terms of speed of short-circuiting.
  • an arc short-circuiter must generally have a large dielectric strength, in particular to withstand lightning strikes without deteriorating.
  • the object of the invention is at least to make it possible to improve the performance of a short-circuiter of the aforementioned type, at least in terms of speed and / or short-circuiting efficiency.
  • the first and second movable contacts are respectively in the first and second waiting areas when in their open waiting positions.
  • each of the first and second mobile contacts connects very quickly to its destination terminal, without crossing before one or more other terminals. This makes it possible to obtain a very substantial improvement in the performance of a short-circuiter of the aforementioned type, at least in terms of speed and / or short-circuiting efficiency.
  • the short-circuiting device defined by claim 1 may incorporate one or more other advantageous features, alone or in combination, in particular among those defined below.
  • each of the first, second and third phase terminals comprises a receiving hole of the corresponding mobile contact.
  • each of the first, second and third movable contacts has the form of a conductive ring which comprises at least one slot so as to be elastically deformable inwards towards a contracted configuration in which the conductive ring is adapted to centrifugal clamping on the surface of the receiving hole of the movable contact defined by this conductive ring.
  • the pyrotechnic actuator comprises a piston and a body which defines a cylinder.
  • the piston and a side wall of the cylinder partially delimit said expansion chamber.
  • the mechanical coupling device comprises a movable bar for coupling to the piston.
  • this piston is slidably mounted in the cylinder so that the expansion chamber is delimited on one side of the piston, namely on the side of the movable bar, so that the movement of the piston under the action of the gases pyrotechnic actuation is performed in the direction of a pull on the movable bar, to the pyrotechnic actuator.
  • At least a portion of said insulation is made of a solid dielectric material.
  • the electric short-circuiter comprises a ring of electrical insulation gas which is confined at least by a solid dielectric material portion of the insulation so as to isolate the first movable contact in its open waiting position and the first phase terminal of each other, together with one of the frangible partitions.
  • said insulation comprises at least first and second insulating sections which are separate parts and succeed one another along a direction of actuation of the movable contacts between their open waiting and closed short-circuit positions.
  • the first insulating section comprises at least the first frangible partition which isolates the first phase terminal of the first movable contact in its open waiting position and which is frangible during a displacement of this first movable contact from its open position. waiting towards its closed position of short circuit.
  • the second insulating section comprises at least the second frangible partition which isolates the second phase terminal of the second movable contact, in its open waiting position, and which is frangible during a displacement of the second movable contact from its open waiting position to its closed short-circuit position.
  • At least one intermediate portion of the first insulating section is between said first and second phase terminals.
  • the short-circuiter comprises at least one annular isolation seal, which is located between the first and second insulating sections and which contributes to electrically isolating the second phase terminal of the first movable contact in its open waiting position.
  • the electric short-circuiter comprises a bar which carries the movable contacts.
  • said bar electrically connects the movable contacts to each other.
  • said bar passes through at least a portion of solid dielectric material of the insulation and retains at least laterally this portion.
  • At least one of the movable contacts is threaded onto said bar.
  • said bar carries a drive flange at least of the movable contact threaded from its open waiting position to its closed short-circuit position.
  • the insulation holds at least one of the movable contacts in an axial direction of the bar.
  • said bar passes at least through the first and second phase terminals.
  • the first and second insulating sections at least are threaded onto said bar.
  • said first and second phase terminals hold together the first insulating section, in an axial direction of the bar.
  • the electric short-circuiter comprises two elements for axial guidance of said sliding bar, these two guide elements axially retaining between them several members selected from the terminals, the movable contacts and at least a part of said insulation.
  • the two guide elements are flanged towards each other, on an element which is made of dielectric material and which at least partially surrounds several members chosen from the terminals, the movable contacts and at least a part of said insulation. .
  • the electric short-circuiter comprises a clamping subassembly forming a conductive loop which is closed on itself and which surrounds the phase terminals.
  • the electric short-circuiter comprises a fixed earth connection contact.
  • the short-circuiter comprises at least one conductive ring which defines one of the movable contacts and which comprises at least one slot so as to be elastically deformable towards the inside.
  • at least one of the terminals comprises a receiving hole and tightening of this conductive ring when this ring is in the closed position of short circuit.
  • the movable contacts are electrically connected to each other in the open waiting position.
  • an electric short-circuiter 1 is mounted on three electrical connection bars U, V and W, through which it is connected in a three-phase electrical installation.
  • the short-circuiter 1 comprises three terminals 2, 3 and 4 electrically isolated from each other, which are more precisely phase terminals.
  • that referenced 3 is an intermediate terminal directly bolted to the bar V.
  • Two conductive tabs 5 are each bolted to one of the other two terminals 2 and 4, for example to the way represented in the figure 2 , and each connect this terminal 2 or 4 to one of the phases U and W.
  • the short-circuiter 1 comprises an electromechanical block 6 and a pyrotechnic actuator 7, which are assembled in the extension of one another in a compact assembly of small size, which is advantageous.
  • the pyrotechnic actuator 7 comprises a metal body 10 and an attached pyrotechnic cartridge 11 whose function is to provide actuating gases produced by means of a chemical reaction initiated by an electric discharge, in a manner known per se.
  • the powder at the origin of the pyrotechnic actuating gases is an explosive powder contained by the pyrotechnic cartridge 11.
  • the generation of the actuation gases by chemical reaction of an explosion-proof powder or standard powder is preferred to the use of explosive explosive.
  • an explosive powder produces a subsonic wave (velocity of propagation between 10 m / s and 400 m / s) when it reacts chemically, whereas a wave generated by a detonating explosive progresses to a speed between 2000 and 3500 m / s.
  • the fixing of the pyrotechnic cartridge 11 to the body 10 comprises crimping.
  • the short-circuiter 1 consists of an assembly of parts, some of which are represented at figure 3 , while others are at the figure 4 , for the sake of clarity.
  • terminals 2 to 4 generally have the shape of flattened parallelepipeds, which are arranged substantially parallel to each other and perpendicular to a longitudinal axis XX 'of the short-circuiter 1.
  • Each of these three terminals 2 to 4 is pierced of one of three through holes 20, in the extension of each other. More specifically, the cross section of each hole 20 is circular and centered on the axis X-X '. At least one of the two opposite openings of each hole 20, each of the three terminals 2 to 4 has an engagement chamfer 21.
  • references 22, 23 and 24 designate three distinct insulating sections, also called spacers, which follow each other along the longitudinal axis XX 'and which are identical hollow parts, which is advantageous in particular in terms of manufacturing and referencing costs. .
  • An axial hole 25 passes right through each spacer 22, 23 or 24, which has a stud 26 or mounting tail by interlocking in two consecutive axial holes, namely the hole 20 of one of the terminals 2 to 4 and the hole 25 of one of the other two spacers 22 and 23, except in the case of the pin 26 of the spacer 22.
  • the stud 26 equips an insulating spacer portion 27, which is also traversed by the hole 25.
  • each spacer 22, 23 or 24 has a countersink 28 formed in the intermediate portion 27, at an outlet of the axial hole 25 of this spacer, and adapted to receive an annular element of electrical insulation 29.
  • the latter form also a seal against dust and especially against any fine metal particles.
  • the spacers 22 to 24 are made of dielectric material, for example thermosetting polymer or thermoplastic polymer and, advantageously, polycarbonate loaded with glass fibers.
  • the three seals 29 are made of an elastic dielectric material, for example ethylene-propylene-diene-monomer material also designated by the acronym EPDM.
  • stirrup 30 delimits a housing 31 partially open, in particular laterally.
  • This stirrup 30 comprises an end wall or base 32, from which extend two facing wings 33, on either side of the longitudinal axis X-X '.
  • the base 32 is pierced right through a circular hole 34 centered on the axis X-X '.
  • Each wing 33 has an outer longitudinal groove 35 for receiving a clamping tie which is not shown in FIG. figure 3 and whose function will be explained later.
  • the stirrup 30 may be made of any suitable dielectric material, for example from bakelized fabric, such as that marketed under the name “CELORON", or polyimide, such as polyimide sold under the name "ULTEM”.
  • the cartridge 11 comprises a male end 40 connecting to the entrance of a passage 41 in a conventional manner.
  • the fixing of the cartridge 11 uses an alternative to crimping, namely a removable clamping member 43. Screwed into the passage 41, this removable clamping member 43 holds the cartridge 11 in place.
  • the body 10 is also pierced with an axial hole 42 for the passage of a movable support and traction bar 50, a head of which constitutes a piston 51 intended to be slidably mounted in the body 10 and provided, in the example shown, two annular seals 52 axially offset.
  • the bar 50 and the piston 51 are coaxial. Each of them is one of two pieces of metal in one piece, screwed into one another and, for example, made of suitable steel.
  • the movable bar 50 carries a nut 53 which defines a drive flange in the direction of traction towards the pyrotechnic actuator 7 and which is rigidly associated with the movable bar 50 , by screwing.
  • the movable bar 50 In the manner of an axial guide, the movable bar 50 carries four contacts which are slidably slid axially on it and which are more precisely a fixed ground contact 60 and three movable contacts 61, 62 and 63.
  • the movable bar 50 is electrically conductive and electrically connects between them the fixed contact 60 and the three movable contacts 61 to 63.
  • Each of these three movable contacts 61 to 63 has the form of a direct contact electrical connection ring, several times slit so as to be elastically deformable inwards, to a contracted configuration in which this ring is able to exert a centrifugal clamping.
  • Each of the movable contacts 61 to 63 is provided with a tubular pusher 66 which extends it by being rigidly associated with it.
  • the assembly formed by the movable contact 61 and a pusher 66 is an integral piece made of an electrically conductive material, such as copper or a copper-based alloy. It is advantageously identical the assembly formed by the movable contact 62 and another pusher 66, as well as the assembly formed by the movable contact 63 and the last pusher 66.
  • the fixed contact 60 comprises a flange 67 bearing against the body 10, as well as an axial and tubular extension of electrical connection by direct contact 68, whose free end comprises an annular and external centering groove 69.
  • the components of a clamping subassembly comprise two opposite tie rods 70, each of which has the form of a stud in the example shown.
  • a nut 71 and a washer 72 associated with this nut equip one end of each tie rod 70, the other end of which is also equipped with a washer and a nut, or screwed into the body 10 of the pyrotechnic actuator 7.
  • the clamping subassembly also comprises an axial clamping plate 73 and the body 10, which are arranged opposite one another, so as to retain between them, axially, the elements slipped on the bar of support 50, as can be seen at Figures 1 and 2 .
  • the clamping plate 73 is pierced with a bearing 74 for axial guidance of one end of the moving assembly comprising the piston 51, the bar 50, the nut 53, the pushers 66 and the movable contacts 61 to 63.
  • the components of the short-circuiter 1 are held together by the movable support bar 50 and by an axial restraint. More specifically, the movable bar 50 passes through certain components and thus retains them laterally, as can be clearly seen in FIG. figure 5 .
  • a retaining acts in a complementary manner, in the axial direction, that is to say in that defined by the longitudinal axis X-X '. It is the fact of the bridle subassembly, whose constituents are shown assembled to the figure 7 . On the latter, other constituents of the short-circuiter 1 are not represented for the sake of clarity.
  • the tie rods 70 pull the body 10 and the clamping plate 73 towards one another and, in so doing, clamp them on this stirrup 30.
  • Figure 8 illustrates the arrangement of the piston 51 slidably mounted in a cylinder 80, which defines the body 10 of the pyrotechnic actuator 7.
  • the annular seals 52 provide a double annular seal between the piston 51 and the wall of the cylinder 80.
  • the passage 41 of brought actuating gases opens into a chamber 81 of compression and expansion of these gases.
  • the side wall and a bottom of the cylinder 80, as well as the piston 51, a part of the movable bar 50 and an annular seal 82 jointly delimit the compression chamber and then expansion chamber 81, on one side of the piston 51 , ie on the side of the movable bar 50 and the electromechanical block 6.
  • the longitudinal axis X-X ' is also the sliding axis of the moving assembly comprising the piston 51, the bar 50 and the nut 53, which the bar 50 couples to the piston 51.
  • the function of the seal 82 is to provide an annular seal between the movable bar 50 and a bearing 83 for axial guidance of this bar 50.
  • a removable safety stop 84 is screwed into the cylinder 80 and serves to prevent accidental ejection the piston 51 out of the body 10. Drilled a through axial passage 85, it can be traversed by an air flow to or from the outside, so as not to achieve a tight seal.
  • the short-circuiter 1 is open, in a waiting position or armed position where it does not establish a short circuit.
  • the spacers 22 to 24 are subsequently arranged along the X-X 'axis, partially fitting into each other so as to form together an insulating assembly, which also comprises the seals 29 and which is made of a solid dielectric material.
  • the intermediate portion 27 of the spacer 22 isolates the two terminals 2 and 3 from each other. This spacer 22 also isolates the terminal 2 and the movable contact 61 between them. One of the seals 29 participates in the electrical insulation between this movable contact 61 and the terminal 3.
  • the pin 26 of the spacer 22 axially holds the movable contact 61 away from the fixed contact 60 and the terminal 2.
  • the intermediate portion 27 of the spacer 23 isolates the two terminals 3 and 4 from each other. This spacer 23 also isolates the terminal 3 and the movable contact 62 between them. One of the seals 29 participates in the electrical insulation between this movable contact 62 and the terminal 4.
  • the post 26 of the spacer 23 axially holds the movable contacts 61 and 62 away from the terminal 3.
  • the intermediate portion 27 of the spacer 24 isolates the terminal 4 and the clamping plate 73 from one another. This spacer 24 also isolates the terminal 4 and the movable contact 63 between them. One of the seals 29 participates in the electrical insulation between this movable contact 63 and the clamping plate 73.
  • the pin 26 of the spacer 24 axially holds the movable contacts 62 and 63 away from the terminal 4.
  • the fixed contact 60 is immobilized axially by clamping its flange 67 between the body 10 of the pyrotechnic actuator 7 and the base 32 of the stirrup 30.
  • Each of the spacers 22 to 24 comprises a breakable or frangible partition 90, one of which is easily discernible to the figure 9 .
  • a frangible partition 90 associates between them the post 26 and the intermediate portion 27 of each of the spacers 22 to 24, while isolating one of the terminals 2 to 4 of one of the movable contacts 61 to 63
  • Adjoining each frangible partition 90 a ring 91 of electrical insulation gas such as air is confined, being localized so as to complete the electrical insulation that makes this frangible partition 90 between one of the terminals 2 to 4 and one of the movable contacts 61 to 63.
  • the short-circuiter 1 has a modular design, which is advantageous.
  • each of the movable contacts 61 to 63 is axially offset from each of terminals 2 to 4.
  • the movable contact 61 is in a storage or waiting space 92 located between the two consecutive terminals 2 and 3.
  • the movable contact 62 is located in another waiting space 92, which is located between the two consecutive terminals 3 and 4.
  • Each of the movable contacts 61 to 63 is further electrically isolated from the terminals 2 to 4, by the insulating assembly comprising the succession of spacers 22 to 24, the seals 29 and the gas rings 91. This insulating assembly also isolates the terminals 2 to 4 electrically fixed contact 60.
  • the short-circuiter 1 is thus in an open waiting position, in which it establishes no short circuit.
  • the above-mentioned insulating assembly has the advantage of having a sufficiently high resistance to be able to withstand lightning strikes. In particular, it resists a pulse wave of 12 kV, without damage, and meets the requirements of IEC 60947-1.
  • the stirrup 30, in particular its base 32, provides effective insulation between the terminals 2 to 4 and the pyrotechnic actuator 7, and in particular its pyrotechnic cartridge 11.
  • the clamping subassembly comprising the two opposite tie rods 70, the clamping plate 73 and the body 10 form a belt which constitutes a conductive loop closed on itself and which surrounds the terminals 2 to 4. It is believed that this conductive loop acts against the propagation of the electric and magnetic fields, according to the principle implemented in the so-called Faraday cages.
  • the short-circuiter 1 can be used in an arcing device, including the internal arcs.
  • This device may be similar to that described in the application for European patent EP 2 073 229 above and include one or more sensors for detecting an arc, as well as a central decision and control. The latter is able to send a triggering order for the pyrotechnic cartridge 11 in the case where this unit has just received a signal addressed by at least one of the sensors and signaling the detection of an electric arc.
  • a triggering of the pyrotechnic cartridge 11 leads to the initiation of a chemical reaction generating very rapidly actuating gases.
  • these gases proceed to the chamber 81, where they raise the pressure in an extremely short time.
  • this pressure increases without immediately causing actuation of the piston 51 and the movable assembly coupled to this piston. This results from the retention of this moving assembly by the spacers 22 to 24.
  • the frangible partitions 90 of these spacers break together, which suddenly releases the piston 51 and the coupled mobile assembly. 51.
  • the energy stored in the compression chamber 81 until the rupture of these partitions makes the driving power released by this rupture is very high and propels the piston 51 at high speed into the piston. the direction indicated by the arrow T at the figure 5 .
  • the frangible partitions 90 are calibrated to break when the pressure in the chamber 81 reaches a predetermined threshold.
  • frangible partitions 90 serve several functions, which is advantageous, especially in terms of overall simplicity, cost and space. In particular, they perform an electrical isolation prior to the triggering of the pyrotechnic actuator 7, then they intervene directly in the operation of this actuator 7 once it is triggered.
  • the rupture of the frangible partitions 90 at a given pressure makes it possible to achieve very short closing times, in particular of less than 1 ms, including in cases where a powder explosion is used to generate the actuating gases in the pyrotechnic actuator 7.
  • the movable assembly coupled to the piston 51 is propelled as quickly as the piston 51 itself. It comprises the movable contacts, whose referenced 63 is driven with a pusher 66 pushed by the nut 53. Via one of the other pushers 66, the movable contact 63 in turn actuates the movable contact 62, which even pushes on the last pusher 66 and thus causes the movable contact 61 on the extension 68 of the fixed contact 60.
  • the short-circuiter 1 goes from the open configuration of the figure 5 to the short circuit configuration of the figure 6 in a very short time from the initiation of the pyrotechnic cartridge 11. In particular, it has been possible to achieve closing times of less than 1 ms from the initiation of the pyrotechnic cartridge 11.
  • the movable contacts 61 to 63 substantially reach at the same time the terminals 2 to 4. It follows that the short-circuiting of the different phases are practically simultaneous, instead of being successive. On the contrary, in the device shown in figure 5 of the international patent application WO 99/21255 aforementioned, the short-circuiting of the different phases are successive.
  • the moving assembly coupled to the piston 51 comprises a plurality of parts. Instead of being propelled in the opposite direction to the actuator 7, these parts are propelled towards the base 32 of the stirrup 30 and towards the body 10 of this actuator 7.
  • a second advantage of the propulsion of the moving assembly towards the base 32 and the body 10 is that the latter form a counter-thrust or stop mass which, acting in the manner of an anvil, reduces the importance of the shock transmitted to the permanent fixing elements of the short-circuiter 1 and echoed In this one.
  • each of the movable contacts 61 to 63 is compressed in a hole 20 of one of the terminals 2 to 4 and exerts a radial clamping on the surface of this hole 20. It follows a very effective electrical contact. This is not the case in the device shown in figure 5 of the international patent application WO 99/21255 supra. In this respect, it is even thought that the actual functioning of this device is questionable. Indeed, the single mobile part of short-circuit in the device of the application WO 99/21255 could enlarge the holes of the terminals, towards a flared global shape, during its projection through these terminals. This would result from a phenomenon that is well known in ballistics.
  • the movable contacts 61 to 63 are connected to each other, which achieves the short-circuit sought. These movable contacts 61 to 63 are further connected to the fixed contact 60, which is connected to the earth by a driver not shown for the sake of clarity. In summary, terminals 2 to 4 are short-circuited and connected to the ground at the figure 6 .
  • the short-circuiter 1 performs short-circuiting at the same time extremely fast, frank, and simultaneous or almost simultaneous.
  • the short-circuiter 1 is also able to resist for periods of 100 to 500 ms to short circuits whose current has an intensity of between 10 kA and 150 kA rms. It follows that the short-circuiter 1 is particularly suitable for the protection of a high power electrical installation, although it may also be suitable for another installation, such as a medium power installation.
  • the short-circuiters of the prior art fail to short-circuit the phases of a three-phase installation in about 20 ms at best, the short-circuiter 1 has the advantage of being extremely faster, since it can short-circuit the phases of a polyphase installation in less than 1 ms.
  • This short-circuiter 101 is generally identical to the short-circuiter 1. It comprises spacers identical to each other, which replace the spacers 22 to 24, fulfilling the same functions as these, and one of which is partially visible and referenced 123 to the figure 10 .
  • This spacer 123 confines a gas ring 191, which fulfills the same function of electrical insulation as the gas ring 91 and which is distinguished by its position, particularly with respect to the corresponding frangible partition, referenced 190 in the short- circuitry 101 and equivalent to that referenced 90 in the short-circuiter 1.
  • the invention is not limited to the embodiment and variants described above.
  • its implementation is not limited to the single case of three-phase.
  • the invention finds application also in other electrical configurations, especially in single-phase configurations.
  • the outer surface of the insulating spacer portion 27 may not be cylindrical. In particular, it may have a rectangular cross section and / or define fins or beads succeeding one another in the longitudinal direction.

Landscapes

  • Air Bags (AREA)
  • Automotive Seat Belt Assembly (AREA)

Abstract

Ce court-circuiteur électrique comprend : - plusieurs bornes (2-4), - une isolation (22-24, 29) de ces bornes entre elles, - un actionneur pyrotechnique (7) délimitant une chambre, - plusieurs contacts (61-63) mobiles entre une position ouverte d'attente et une position fermée de court-circuit, - un dispositif (50, 53) d'entraînement de ces contacts mobiles (61-63) de la position ouverte d'attente à la position fermée de court-circuit, sous une action propulsive de l'actionneur pyrotechnique (7), - des espaces d'attente (92) pour deux des contacts mobiles (61-63), chacun à un niveau situé entre deux des bornes (2, 3). Lorsqu'ils sont dans leurs positions ouvertes d'attente, deux des contacts mobiles se trouvent chacun dans l'un des espaces d'attente (92). Des cloisons diélectriques solides frangibles (90) isolent les bornes de phase (2-4) des contacts mobiles (61-63) dans leurs positions ouvertes d'attente. Il s'agit de cloisons de retenue des contacts mobiles (61-63) pour emmagasiner une énergie dans ladite chambre, dans un premier temps après un déclenchement de l'actionneur pyrotechnique (7), jusqu'à une rupture des cloisons frangibles (90).

Description

    Domaine technique de l'invention
  • La présente invention concerne un court-circuiteur électrique triphasé, du type comprenant au moins des première, deuxième et troisième bornes de phase, une isolation par matière diélectrique de ces bornes de phase entre elles, et un actionneur pyrotechnique délimitant une chambre d'expansion de gaz pyrotechniques d'actionnement. L'invention trouve notamment application dans la protection des hommes et des matériels dans le domaine électrique, en particulier contre les divers dangers liés aux arcs électriques, et notamment aux arcs internes qui ont lieu dans les armoires électriques ou d'autres lieux confinés.
    • État de la technique
  • Dans un actionneur pyrotechnique, l'énergie provoquée par la génération pyrotechnique de gaz est employée pour propulser un organe de manoeuvre.
  • Des courts-circuiteurs connus utilisent des actionneurs pyrotechniques pour produire la manoeuvre conduisant au court-circuit voulu. Un avantage de tels actionneurs est de permettre l'obtention de temps de fermeture très courts. Cet avantage est particulièrement intéressant dans la protection contre les arcs électriques, notamment contre les arcs internes, dont les importants effets à la fois destructifs pour les matériels et dangereux pour les personnels, parfois avec des niveaux très élevés de gravité de blessure, sont d'autant plus atténués que l'arc est vite interrompu. Dans cette protection contre les arcs électriques, les performances recherchées sont donc très élevées, notamment en termes de vitesse de mise en court-circuit. En outre, un court-circuiteur d'arc électrique doit généralement posséder une tenue diélectrique importante, afin de pouvoir supporter notamment des chocs de foudre sans se détériorer.
  • Des exemples d'utilisation de la pyrotechnie dans des courts-circuiteurs sont proposés dans la demande de brevet américain US 2009/0120773 , ainsi que dans les demandes de brevet européen EP 2 073 229 et EP 2 073 235 .
  • Dans la demande de brevet internationale WO 99/21255 , il est décrit un court-circuiteur du type précité. Ce court-circuiteur a pour fonction de mettre trois phases en court-circuit et à la terre, suite à une commande. Les courts-circuits sur les différentes phases s'y produisent successivement, du temps s'écoulant entre l'établissement du premier court-circuit et l'établissement du dernier court-circuit. Les performances du court-circuiteur de la demande WO 99/21255 , en termes de rapidité et/ou d'efficacité de mise en court-circuit des phases, peuvent être considérées comme insuffisantes ou, du moins, il paraît légitime de rechercher à en obtenir de meilleures.
    • Objet de l'invention
  • L'invention a au moins pour but de permettre une amélioration des performances d'un court-circuiteur du type précité, au moins en termes de rapidité et/ou d'efficacité de mise en court-circuit.
  • Selon l'invention, ce but est atteint grâce à un court-circuiteur selon la revendication 1 annexée.
  • Les premier et deuxièmes contacts mobiles se trouvent respectivement dans le premier et le deuxième espace d'attente lorsqu'ils sont dans leurs positions ouvertes d'attente.
  • Lors d'un passage à leurs positions fermées de court-circuit, chacun des premier et deuxième contacts mobiles se connecte très rapidement à sa borne de destination, sans traverser au préalable une ou plusieurs autres bornes. Ceci permet d'obtenir une amélioration très conséquente des performances d'un court-circuiteur du type précité, au moins en termes de rapidité et/ou d'efficacité de mise en court-circuit.
  • Une obtention de performances améliorées, au moins en termes de rapidité et/ou d'efficacité de mise en court-circuit, résulte également de ce que l'énergie qui, jusqu'à la rupture des première, deuxième et troisième cloisons frangibles, s'est emmagasinée dans la chambre d'expansion fait que la puissance d'entraînement libérée par cette rupture est très élevée.
  • Le court-circuiteur défini par la revendication 1 peut incorporer une ou plusieurs autres caractéristiques avantageuses, isolément ou en combinaison, en particulier parmi celles définies ci-après.
  • Avantageusement, chacune des première, deuxième et troisième bornes de phase comporte un trou de réception du contact mobile correspondant. De préférence, chacun des premier, deuxième et troisième contacts mobiles présente la forme d'un anneau conducteur qui comporte au moins une fente de manière à être déformable élastiquement vers l'intérieur, vers une configuration contractée dans laquelle l'anneau conducteur est apte à exercer un serrage centrifuge sur la surface du trou de réception du contact mobile défini par cet anneau conducteur.
  • Avantageusement, l'actionneur pyrotechnique comporte un piston et un corps qui définit un cylindre. De préférence, le piston et une paroi latérale du cylindre délimitent partiellement ladite chambre d'expansion. De préférence, le dispositif d'accouplement mécanique comprend une barre mobile d'accouplement au piston. De préférence, ce piston est monté coulissant dans le cylindre de manière que la chambre d'expansion soit délimitée d'un coté du piston, à savoir du côté de la barre mobile, de sorte que le mouvement du piston sous l'action des gaz pyrotechniques d'actionnement s'effectue dans le sens d'une traction sur la barre mobile, vers l'actionneur pyrotechnique.
  • Avantageusement, au moins une partie de ladite isolation est faite d'un matériau diélectrique solide.
  • Avantageusement, le court-circuiteur électrique comporte une couronne de gaz d'isolation électrique qui est confinée au moins par une partie en matériau diélectrique solide de l'isolation de manière à isoler le premier contact mobile dans sa position ouverte d'attente et la première borne de phase l'un de l'autre, ensemble avec l'une des cloisons frangibles.
  • Avantageusement, ladite isolation comporte au moins des premier et deuxième tronçons isolants qui sont des pièces distinctes et qui se succèdent le long d'une direction d'actionnement des contacts mobiles entre leurs positions ouvertes d'attente et fermées de court-circuit. De préférence, le premier tronçon isolant comporte au moins la première cloison frangible qui isole la première borne de phase du premier contact mobile dans sa position ouverte d'attente et qui est frangible lors d'un déplacement de ce premier contact mobile de sa position ouverte d'attente vers sa position fermée de court-circuit. De préférence, le deuxième tronçon isolant comporte au moins la deuxième cloison frangible qui isole la deuxième borne de phase du deuxième contact mobile, dans sa position ouverte d'attente, et qui est frangible lors d'un déplacement de ce deuxième contact mobile de sa position ouverte d'attente vers sa position fermée de court-circuit.
  • Avantageusement, au moins une portion intercalaire du premier tronçon isolant se trouve entre lesdites première et deuxième bornes de phase.
  • Avantageusement, le court-circuiteur comporte au moins un joint annulaire d'isolation, qui se trouve entre les premier et deuxième tronçons isolants et qui contribue à isoler électriquement la deuxième borne de phase du premier contact mobile dans sa position ouverte d'attente.
  • Avantageusement, le court-circuiteur électrique comprend une barre qui porte les contacts mobiles.
  • Avantageusement, ladite barre connecte électriquement les contacts mobiles entre eux.
  • Avantageusement, ladite barre passe dans au moins une partie en matériau diélectrique solide de l'isolation et retient au moins latéralement cette partie.
  • Avantageusement, au moins un des contacts mobiles est enfilé sur ladite barre.
  • Avantageusement, ladite barre porte un rebord d'entraînement au moins du contact mobile enfilé, de sa position ouverte d'attente vers sa position fermée de court-circuit.
  • Avantageusement, l'isolation retient au moins un des contacts mobiles selon une direction axiale de la barre.
  • Avantageusement, ladite barre passe au moins à travers les première et deuxième bornes de phase.
  • Avantageusement, les premier et deuxième tronçons isolants au moins sont enfilés sur ladite barre.
  • Avantageusement, lesdites première et deuxième bornes de phase retiennent entre elles le premier tronçon isolant, selon une direction axiale de la barre.
  • Avantageusement, le court-circuiteur électrique comporte deux éléments de guidage axial de ladite barre en coulissement, ces deux éléments de guidage retenant axialement entre eux plusieurs organes choisis parmi les bornes, les contacts mobiles et au moins une partie de ladite isolation.
  • Avantageusement, les deux éléments de guidage sont bridés l'un vers l'autre, sur un élément qui est fait de matériau diélectrique et qui entoure au moins partiellement plusieurs organes choisis parmi les bornes, les contacts mobiles et au moins une partie de ladite isolation.
  • Avantageusement, le court-circuiteur électrique comporte un sous-ensemble de bridage formant une boucle conductrice qui est fermée sur elle-même et qui entoure les bornes de phase.
  • Avantageusement, le court-circuiteur électrique comporte un contact fixe de raccordement à la terre.
  • Avantageusement, le court-circuiteur comporte au moins un anneau conducteur qui définit un des contacts mobiles et qui comporte au moins une fente de manière à être déformable élastiquement vers l'intérieur. De préférence, au moins une des bornes comporte un trou de réception et de serrage de cet anneau conducteur lorsque cet anneau est dans la position fermée de court-circuit.
  • Avantageusement, les contacts mobiles sont connectés électriquement entre eux dans la position ouverte d'attente.
    • Description sommaire des dessins
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, parmi lesquels :
    • la figure 1 est une vue en perspective d'un court-circuiteur électrique conforme à l'invention et de trois barres électriques par l'intermédiaire desquelles ce court-circuiteur est connecté dans une installation électrique triphasée ;
    • la figure 2 représente le même court-circuiteur triphasé que la figure 1, mais tel que vu sous un autre angle et dissocié des trois barres électriques visibles sur cette figure 1 ;
    • la figure 3 est une vue éclatée, en perspective, qui représente un premier sous-ensemble d'éléments constitutifs du court-circuiteur des figures 1 et 2 ;
    • la figure 4 est également une vue éclatée, en perspective, qui représente un deuxième sous-ensemble d'éléments constitutifs du court-circuiteur des figures 1 et 2 ;
    • la figure 5 est une vue en perspective sur laquelle une partie fixe du court-circuiteur des figures 1 et 2 est représentée en coupe longitudinale et où un ensemble mobile de ce court-circuiteur est dans une première position, à savoir une position ouverte d'attente ;
    • la figure 6 est une vue sur laquelle le court-circuiteur des figures 1 et 2 est représenté de la même manière qu'à la figure 5 et où l'ensemble mobile est dans une deuxième position, à savoir une position fermée de court-circuit ;
    • la figure 7 est une vue en perspective du sous-ensemble de la figure 4 et en représente les constituants tels qu'assemblés en faisant artificiellement abstraction des éléments du sous-ensemble de la figure 3, dans un souci de clarté ;
    • la figure 8 est une vue en coupe longitudinale et en perspective d'un actionneur pyrotechnique du court-circuiteur des figures 1 et 2 ;
    • la figure 9 est un agrandissement d'un médaillon qui est sensiblement identique au médaillon IX de la figure 5 et qui représente une portion du court-circuiteur des figures 1 et 2 ;
    • la figure 10 est un agrandissement d'un médaillon analogue au médaillon IX et représente un détail de réalisation selon une variante de réalisation de l'invention.
    Description d'un mode préférentiel de l'invention
  • Sur la figure 1, un court-circuiteur électrique 1 conforme à l'invention est monté sur trois barres électriques de raccordement U, V et W, par l'intermédiaire desquelles il est connecté dans une installation électrique triphasée.
  • Lui-même triphasé, le court-circuiteur 1 comporte trois bornes 2, 3 et 4 isolées électriquement entre elles, qui sont plus précisément des bornes de phase. Parmi ces bornes, celle référencée 3 est une borne intermédiaire directement boulonnée à la barre V. Deux pattes conductrices 5 sont boulonnées chacune à l'une des deux autres bornes 2 et 4, par exemple de la manière représentée à la figure 2, et raccordent chacune cette borne 2 ou 4 à l'une des phases U et W.
  • Le court-circuiteur 1 comporte un bloc électromécanique 6 et un actionneur pyrotechnique 7, qui sont assemblés dans le prolongement l'un de l'autre en un ensemble compact de faible encombrement, ce qui est avantageux.
  • L'actionneur pyrotechnique 7 comporte un corps métallique 10 et une cartouche pyrotechnique rapportée 11 qui a pour fonction de fournir des gaz d'actionnement produits au moyen d'une réaction chimique initiée par une décharge électrique, d'une manière connue en soi. De préférence, la poudre à l'origine des gaz pyrotechniques d'actionnement est une poudre déflagrante contenue par la cartouche pyrotechnique 11. En effet, la génération des gaz d'actionnement par réaction chimique d'une poudre déflagrante ou poudre standard est préférée à l'utilisation d'un explosif détonnant. Au sens où on l'entend ici, une poudre déflagrante produit une onde subsonique (vitesse de propagation entre 10 m/s et 400 m/s) lorsqu'elle réagit chimiquement, alors qu'une onde générée par un explosif détonnant progresse à une vitesse comprise entre 2000 et 3500 m/s.
  • De préférence, la fixation de la cartouche pyrotechnique 11 au corps 10 comporte un sertissage.
  • L'association par sertissage de la cartouche pyrotechnique 11 et du corps 10 l'un à l'autre et l'utilisation d'une poudre déflagrante, et non d'un explosif détonnant, concourent à ce que le court-circuiteur 1 peut être considéré comme un équipement non pyrotechnique selon la directive 93/15/EEC, ce qui est avantageux.
  • Le court-circuiteur 1 est constitué d'un assemblage de pièces dont certaines sont représentées à la figure 3, tandis que d'autres le sont à la figure 4, dans un souci de clarté.
  • Ainsi qu'on peut le voir à la figure 3, les bornes 2 à 4 ont globalement la forme de parallélépipèdes aplatis, qui sont disposés à la suite de manière sensiblement parallèles entre eux et perpendiculaires à un axe longitudinal X-X' du court-circuiteur 1. Chacune de ces trois bornes 2 à 4 est percée de l'un de trois trous traversants 20, dans le prolongement les uns des autres. Plus précisément, la section transversale de chaque trou 20 est circulaire et centrée sur l'axe X-X'. A l'une au moins des deux ouvertures opposées de chaque trou 20, chacune des trois bornes 2 à 4 possède un chanfrein d'engagement 21.
  • Toujours sur la figure 3, les références 22, 23 et 24 désignent trois tronçons isolants distincts, encore appelés entretoises, qui se succèdent selon l'axe longitudinal X-X' et qui sont des pièces creuses identiques, ce qui est avantageux notamment en termes de coûts de fabrication et de référencement.
  • Un trou axial 25 traverse de part en part chaque entretoise 22, 23 ou 24, qui possède un tenon 26 ou queue de montage par emboîtement dans deux trous axiaux consécutifs, à savoir le trou 20 d'une des bornes 2 à 4 et le trou 25 de l'une des deux autres entretoises 22 et 23, sauf dans le cas du tenon 26 de l'entretoise 22. Le tenon 26 équipe une portion intercalaire d'isolation 27, qui est également traversée par le trou 25.
  • A l'opposé de son tenon 26, chaque entretoise 22, 23 ou 24 possède un lamage 28 ménagé dans la portion intercalaire 27, au niveau d'un débouché du trou axial 25 de cette entretoise, et prévu pour recevoir un élément annulaire d'isolation électrique 29. De préférence, ce dernier forme également un joint d'étanchéité contre la poussière et notamment contre d'éventuelles particules métalliques fines.
  • Les entretoises 22 à 24 sont faites de matériau diélectrique, par exemple de polymère thermodurcissable ou de polymère thermoplastique et, avantageusement, de polycarbonate chargé de fibres de verre. Avantageusement identiques, les trois joints 29 sont réalisés en un matériau diélectrique élastique, par exemple en éthylène-propylène-diène-monomère, matériau également désigné par l'acronyme EPDM.
  • Sur la figure 3, on peut voir également un élément d'isolation en forme de portion d'enveloppe, et plus précisément en forme d'étrier 30, qui délimite un logement 31 partiellement ouvert, notamment latéralement. Cet étrier 30 comporte une paroi d'extrémité ou embase 32, à partir de laquelle s'étendent deux ailes en regard 33, de part et d'autre de l'axe longitudinal X-X'.
  • L'embase 32 est percée de part en part d'un trou circulaire 34 centré sur l'axe X-X'. Chaque aile 33 comporte une gorge longitudinale extérieure 35 de réception d'un tirant de bridage qui n'est pas représenté à la figure 3 et dont la fonction sera explicitée par la suite.
  • L'étrier 30 peut être réalisé en tout matériau diélectrique approprié, par exemple à partir de toile bakélisée, telle que celle commercialisée sous la dénomination « CELORON », ou en polyimide, tel qu'en polyimide commercialisé sous la dénomination « ULTEM ».
  • Sur la figure 4, le corps 10 et la cartouche 11 sont dissociés l'un de l'autre. La cartouche 11 comporte un embout mâle 40, de raccordement dans l'entrée d'un passage 41 d'une manière classique. Dans l'exemple représenté, la fixation de la cartouche 11 utilise une alternative au sertissage, à savoir un organe amovible de serrage 43. Vissé dans le passage 41, cet organe amovible de serrage 43 retient la cartouche 11 en place.
  • Le corps 10 est également percé d'un trou axial 42 pour le passage d'une barre mobile de support et de traction 50, dont une tête constitue un piston 51 destiné à être monté à coulissement dans le corps 10 et pourvu, dans l'exemple représenté, de deux joints d'étanchéité annulaire 52 décalés axialement. Avantageusement, la barre 50 et le piston 51 sont coaxiaux. Chacun d'eux constitue l'une de deux pièces métalliques d'un seul tenant, vissées l'une dans l'autre et, par exemple, faites d'acier approprié.
  • A l'extrémité opposée de celle pourvue du piston 51, la barre mobile 50 porte un écrou 53 qui définit un rebord d'entraînement dans le sens d'une traction vers l'actionneur pyrotechnique 7 et qui est rigidement associé à la barre mobile 50, par vissage.
  • A la manière d'un guide axial, la barre mobile 50 porte quatre contacts qui sont enfilés de manière coulissante axialement sur elle et qui sont plus précisément un contact fixe de mise à la terre 60 et trois contacts mobiles 61, 62 et 63. La barre mobile 50 est électriquement conductrice et connecte électriquement entre eux le contact fixe 60 et les trois contacts mobiles 61 à 63.
  • Chacun de ces trois contacts mobiles 61 à 63 présente la forme d'un anneau de connexion électrique par contact direct, plusieurs fois fendu de sorte à être élastiquement déformable vers l'intérieur, vers une configuration contractée dans laquelle cet anneau est apte à exercer un serrage centrifuge. Chacun des contacts mobiles 61 à 63 est pourvu d'un poussoir tubulaire 66 qui le prolonge en lui étant rigidement associé.
  • Comme le contact fixe 60, l'ensemble formé par le contact mobile 61 et un poussoir 66 est une pièce d'un seul tenant faite d'un matériau électriquement conducteur, tel que du cuivre ou un alliage à base de cuivre. Lui sont avantageusement identiques l'ensemble formé par le contact mobile 62 et un autre poussoir 66, de même que l'ensemble formé par le contact mobile 63 et le dernier poussoir 66.
  • Le contact fixe 60 comporte une collerette 67 d'appui contre le corps 10, ainsi qu'un prolongement axial et tubulaire de connexion électrique par contact direct 68, dont l'extrémité libre comporte un chanfrein annulaire et externe de centrage 69.
  • Toujours sur la figure 4, les constituants d'un sous-ensemble de bridage comportent deux tirants opposés 70, dont chacun présente la forme d'un goujon dans l'exemple représenté. Un écrou 71 et une rondelle 72 associée à cet écrou équipent une extrémité de chaque tirant 70, dont l'autre extrémité est soit équipée, elle aussi ,d'une rondelle et d'un écrou, soit vissée dans le corps 10 de l'actionneur pyrotechnique 7.
  • Le sous-ensemble de bridage comporte également une plaque de bridage axial 73 et le corps 10, qui sont disposés à l'opposé l'un de l'autre, de manière à retenir entre eux, axialement, les éléments enfilés sur la barre de support 50, ainsi qu'on peut le voir aux figures 1 et 2. La plaque de bridage 73 est percée d'un palier 74 de guidage axial d'une extrémité de l'ensemble mobile comprenant le piston 51, la barre 50, l'écrou 53, les poussoirs 66 et les contacts mobiles 61 à 63.
  • En d'autres termes, les composants du court-circuiteur 1 sont maintenus assemblés par la barre mobile de support 50 et par une retenue axiale. Plus précisément, la barre mobile 50 passe à travers certains composant et les retient ainsi latéralement, comme on peut bien le voir à la figure 5. Une retenue agit de manière complémentaire, dans la direction axiale, c'est-à-dire dans celle définie par l'axe longitudinal X-X'. Elle est le fait du sous-ensemble de bridage, dont les constituants sont montrés assemblés à la figure 7. Sur cette dernière, d'autres constituants du court-circuiteur 1 ne sont pas représentés dans un souci de clarté. Chacun placé d'un des deux côtés de l'étrier 30, les tirants 70 tirent le corps 10 et la plaque de bridage 73 l'un vers l'autre et, ce faisant, les brident sur cet étrier 30.
  • Le schéma 8 illustre la disposition du piston 51 monté coulissant dans un cylindre 80, que définit le corps 10 de l'actionneur pyrotechnique 7. Les joints annulaires 52 assurent une double étanchéité annulaire entre le piston 51 et la paroi du cylindre 80.
  • Le passage 41 d'amené des gaz d'actionnement débouche dans une chambre 81 de compression puis d'expansion de ces gaz. La paroi latérale et un fond du cylindre 80, ainsi que le piston 51, une partie de la barre mobile 50 et un joint d'étanchéité annulaire 82 délimitent conjointement cette chambre de compression puis d'expansion 81, d'un coté du piston 51, à savoir du côté de la barre mobile 50 et du bloc électromécanique 6. De la sorte, le mouvement du piston 51 sous l'action des gaz pyrotechniques s'effectue dans le sens d'une traction T sur la barre mobile 50, vers l'actionneur pyrotechnique 7, et non d'une poussée dans le sens inverse. L'axe longitudinal X-X' est également l'axe de coulissement de l'ensemble mobile comprenant le piston 51, la barre 50 et l'écrou 53, que la barre 50 accouple au piston 51.
  • Le joint 82 a pour fonction de réaliser une étanchéité annulaire entre la barre mobile 50 et un palier 83 de guidage axial de cette barre 50.
  • A l'opposé de la chambre 81, une butée amovible de sécurité 84 est vissée dans le cylindre 80 et a pour fonction d'empêcher une éjection accidentelle du piston 51 hors du corps 10. Percée d'un passage axial traversant 85, elle peut être traversée par un écoulement d'air vers ou depuis l'extérieur, de manière à ne pas réaliser une fermeture étanche.
  • Sur la figure 5, le court-circuiteur 1 est ouvert, dans une position d'attente ou position armée où il n'établit pas de court-circuit. Ainsi qu'on peut le voir sur cette figure 5, les entretoises 22 à 24 sont disposées à la suite selon l'axe X-X', en s'emboîtant partiellement les unes dans les autres de manière à former conjointement un ensemble isolant, qui comprend également les joints 29 et qui est fait d'un matériau diélectrique solide.
  • La portion intercalaire 27 de l'entretoise 22 isole les deux bornes 2 et 3 l'une de l'autre. Cette entretoise 22 isole également la borne 2 et le contact mobile 61 entre eux. Un des joints 29 participe à l'isolation électrique entre ce contact mobile 61 et la borne 3. Le tenon 26 de l'entretoise 22 maintient axialement le contact mobile 61 à l'écart du contact fixe 60 et de la borne 2.
  • La portion intercalaire 27 de l'entretoise 23 isole les deux bornes 3 et 4 l'une de l'autre. Cette entretoise 23 isole également la borne 3 et le contact mobile 62 entre eux. Un des joints 29 participe à l'isolation électrique entre ce contact mobile 62 et la borne 4. Le tenon 26 de l'entretoise 23 maintient axialement les contacts mobiles 61 et 62 à l'écart de la borne 3.
  • La portion intercalaire 27 de l'entretoise 24 isole la borne 4 et la plaque de bridage 73 l'une de l'autre. Cette entretoise 24 isole également la borne 4 et le contact mobile 63 entre eux. Un des joints 29 participe à l'isolation électrique entre ce contact mobile 63 et la plaque de bridage 73. Le tenon 26 de l'entretoise 24 maintient axialement les contacts mobiles 62 et 63 à l'écart de la borne 4.
  • Le contact fixe 60 est immobilisé axialement par serrage de sa collerette 67 entre le corps 10 de l'actionneur pyrotechnique 7 et l'embase 32 de l'étrier 30.
  • Chacune des entretoises 22 à 24 comporte une cloison sécable ou frangible 90, dont une est aisément discernable à la figure 9. Sur cette figure 9, on voit qu'une telle cloison frangible 90 associe entre eux le tenon 26 et la portion intercalaire 27 de chacune des entretoises 22 à 24, tout en isolant l'une des bornes 2 à 4 de l'un des contacts mobiles 61 à 63. De manière attenante à chaque cloison frangible 90, une couronne 91 de gaz d'isolation électrique tel que de l'air est confinée, en étant localisée de façon à compléter l'isolation électrique que réalise cette cloison frangible 90 entre l'une des bornes 2 à 4 et l'un des contacts mobiles 61 à 63.
  • Il ressort de ce qui précède que le court-circuiteur 1 possède une conception modulaire, ce qui est avantageux.
  • Sur la figure 5, chacun des contacts mobiles 61 à 63 est décalé axialement de chacune des bornes 2 à 4. Le contact mobile 61 se trouve dans un espace de rangement ou d'attente 92 situé entre les deux bornes consécutives 2 et 3. Le contact mobile 62 se trouve dans un autre espace d'attente 92, qui est situé entre les deux bornes consécutives 3 et 4.
  • Chacun des contacts mobiles 61 à 63 est en outre isolé électriquement des bornes 2 à 4, par l'ensemble isolant comprenant la succession d'entretoises 22 à 24, les joints 29 et les couronnes de gaz 91. Cet ensemble isolant isole également les bornes 2 à 4 électriquement du contact fixe 60. Le court-circuiteur 1 est ainsi dans une position ouverte d'attente, dans laquelle il n'établit aucun court-circuit.
  • L'ensemble isolant précité présente l'avantage de présenter une tenue suffisamment importante pour pouvoir résister aux chocs de foudre. En particulier, il résiste à une onde impulsionnelle de 12 kV, sans endommagement, et satisfait aux exigences de la norme IEC 60947-1.
  • Lorsque le court-circuiteur 1 ouvert comme à la figure 5 est connecté dans un circuit sous tension, des champs électriques et magnétiques importants sont produits autour des bornes 2 à 4. Ces champs pourraient générer un risque de mise à feu malencontreux de la cartouche pyrotechnique 11. Dans le court-circuiteur 1, ce risque est efficacement contrecarré par plusieurs caractéristiques. D'une part, l'étrier 30, en particulier son embase 32, assure une isolation efficace entre les bornes 2 à 4 et l'actionneur pyrotechnique 7, et notamment sa cartouche pyrotechnique 11. D'autre part, grâce à la disposition relative de la chambre de compression puis d'expansion 81 et du piston 51 selon l'axe X-X' et grâce à l'entraînement de la barre mobile d'accouplement 50 selon un mouvement de traction T, aucun des contacts mobiles 61 à 63 ne se trouve entre cet actionneur 7 et la borne la plus proche de lui, c'est-à-dire la borne 2. En outre, le sous-ensemble de bridage comportant les deux tirants opposés 70, la plaque de bridage 73 et le corps 10 forme un ceinture qui constitue une boucle conductrice fermée sur elle-même et qui entoure les bornes 2 à 4. On pense que cette boucle conductrice agit à l'encontre de la propagation des champs électriques et magnétiques, selon le principe mis en oeuvre dans les cages dites de Faraday.
  • Le court-circuiteur 1 peut être utilisé dans un dispositif de lutte contre les arcs électriques, notamment les arcs internes. Ce dispositif peut être semblable à celui décrit dans la demande de brevet européen EP 2 073 229 précitée et comporter un ou plusieurs capteurs de détection d'un arc, ainsi qu'une centrale de décision et de commande. Cette dernière est apte à envoyer un ordre de déclanchement de la cartouche pyrotechnique 11 dans le cas où cette centrale vient de recevoir un signal adressé par au moins un des capteurs et signalant la détection d'un arc électrique.
  • Un déclenchement de la cartouche pyrotechnique 11 conduit à ce qu'y est initiée une réaction chimique générant très rapidement des gaz d'actionnement. Par le passage 41, ces gaz s'acheminent jusqu'à la chambre 81, où ils y font monter la pression en un temps extrêmement bref. Dans un premier temps, cette pression s'accroît sans provoquer immédiatement un actionnement du piston 51 et de l'ensemble mobile accouplé à ce piston. Cela résulte de la retenue de cet ensemble mobile par les entretoises 22 à 24. Lorsque la pression dans la chambre 81 est suffisamment élevée, les cloisons frangibles 90 de ces entretoises rompent ensemble, ce qui libère brusquement le piston 51 et l'ensemble mobile accouplé à ce piston 51. L'énergie qui s'est emmagasinée dans la chambre de compression 81 jusqu'à la rupture de ces cloisons fait que la puissance d'entraînement libérée par cette rupture est très élevée et propulse le piston 51 à grande vitesse dans le sens indiqué par la flèche T à la figure 5. Les cloisons frangibles 90 sont calibrées pour rompre lorsque la pression dans la chambre 81 atteint un seuil prédéterminé.
  • Il ressort de ce qui précède que les cloisons frangibles 90 remplissent plusieurs fonctions, ce qui est avantageux, notamment en termes de simplicité d'ensemble, de coût et d'encombrement. En particulier, elle réalisent une isolation électrique avant le déclenchement de l'actionneur pyrotechnique 7, puis elles interviennent directement dans le fonctionnement de cet actionneur 7 une fois celui-ci déclenché.
  • A cet égard, la rupture des cloisons frangibles 90 à une pression donnée, c'est-à-dire prédéfinie, permet d'atteindre des temps de fermeture très bas, notamment de moins de 1 ms, y compris dans des cas où une poudre déflagrante est utilisée pour générer les gaz d'actionnement dans l'actionneur pyrotechnique 7.
  • L'ensemble mobile accouplé au piston 51 est propulsé aussi rapidement que ce piston 51 lui-même. Il comprend les contacts mobiles, dont celui référencé 63 est entraîné avec un poussoir 66 poussé par l'écrou 53. Par l'intermédiaire d'un des autres poussoirs 66, ce contact mobile 63 actionne à son tour le contact mobile 62, qui lui-même pousse sur le dernier poussoir 66 et entraîne ainsi le contact mobile 61 sur le prolongement 68 du contact fixe 60.
  • Le court-circuiteur 1 passe de la configuration ouverte de la figure 5 à la configuration de court-circuit de la figure 6, en un temps extrêmement bref à partir de l'initiation de la cartouche pyrotechnique 11. En particulier, on a réussit à atteindre des temps de fermeture inférieurs à 1 ms à partir de l'initiation de la cartouche pyrotechnique 11.
  • En outre, les contacts mobiles 61 à 63 atteignent sensiblement en même temps les bornes 2 à 4. Il s'ensuit que les mises en court-circuit des différentes phases sont pratiquement simultanées, au lieu d'être successives. Au contraire, dans le dispositif représenté à la figure 5 de la demande de brevet internationale WO 99/21255 précitée, les mises en court-circuit des différentes phases sont successives.
  • L'ensemble mobile accouplé au piston 51 comprend plusieurs pièces. Au lieu d'être propulsées dans la direction opposée à l'actionneur 7, ces pièces sont propulsés vers l'embase 32 de l'étrier 30 et vers le corps 10 de cet actionneur 7. Il s'ensuit plusieurs avantages, dont un est une réduction considérable du risque de projection de pièce hors du court-circuiteur 1 lors de son fonctionnement, ce qui est très important en termes de sécurité. Un deuxième avantage de la propulsion de l'ensemble mobile vers l'embase 32 et le corps 10 est que ces derniers forment une masse de contre-poussée ou d'arrêt qui, agissant à la manière d'une enclume, réduit l'importance du choc transmis aux éléments de fixation à demeure du court-circuiteur 1 et répercuté dans celui-ci.
  • Sur la figure 6, chacun des contacts mobiles 61 à 63 est comprimé dans un trou 20 d'une des bornes 2 à 4 et exerce un serrage radial sur la surface de ce trou 20. Il s'ensuit un contact électrique très efficace. Tel n'est pas le cas dans le dispositif représenté à la figure 5 de la demande de brevet internationale WO 99/21255 précitée. A cet égard, on pense même que le fonctionnement effectif de ce dispositif est sujet à caution. En effet, l'unique pièce mobile de mise en court-circuit dans le dispositif de la demande WO 99/21255 pourrait agrandir les trous des bornes, vers une forme globale évasée, lors de sa projection à travers ces bornes. Cela résulterait d'un phénomène qui est bien connu en balistique.
  • Toujours sur la figure 6, les contacts mobiles 61 à 63 sont raccordés les uns aux autres, ce qui réalise le court-circuit recherché. Ces contacts mobiles 61 à 63 sont en outre raccordés au contact fixe 60, qui est relié à la terre par un conducteur non représenté dans un souci de clarté. En résumé, les bornes 2 à 4 sont en court-circuit et raccordées à la terre à la figure 6.
  • Il résulte de ce qui précède que le court-circuiteur 1 réalise des mises en court-circuit à la fois extrêmement rapides, franches, et simultanés ou pratiquement simultanés.
  • Grâce notamment aux contacts électriques très efficaces entre les bornes 2 à 4 et les contacts mobiles 61 à 63 comprimés dans ces bornes dans la position fermée de court-circuit de la figure 6, le court-circuiteur 1 est en outre à même de résister pendant des durées de 100 à 500 ms à des courts-circuits dont le courant présente une intensité comprise entre 10 kA et 150 kA rms. Il s'ensuit que le court-circuiteur 1 est particulièrement adapté pour la protection d'une installation électrique de forte puissance, même s'il peut également convenir pour une autre installation, telle qu'une installation de moyenne puissance.
  • Alors que, d'après ce que savent les inventeurs à l'origine de la présente invention, les courts-circuiteurs de l'art antérieur ne parviennent à mettre en court-circuit les phases d'une installation triphasée qu'en 20 ms environ au mieux, le court-circuiteur 1 présente l'avantage d'être extrêmement plus rapide, puisqu'il peut réaliser une mise en court-circuit des phases d'une installation polyphasée en moins de 1 ms.
  • Sur la figure 10 est représentée une portion agrandie d'un court-circuiteur 101 selon une variante de réalisation de l'invention. Ce court-circuiteur 101 est globalement identique au court-circuiteur 1. Il comporte des entretoises identiques entre elles, qui remplacent les entretoises 22 à 24, en remplissant les mêmes fonctions que celles-ci, et dont une est partiellement visible et référencée 123 à la figure 10. Cette entretoise 123 confine une couronne de gaz 191, qui remplit la même fonction d'isolation électrique que la couronne de gaz 91 et qui s'en distingue par sa position, notamment par rapport à la cloison frangible correspondante, référencée 190 dans le court-circuiteur 101 et équivalente à celle référencée 90 dans le court-circuiteur 1.
  • L'invention ne se limite pas au mode de réalisation et aux variantes décrits précédemment. En particulier, sa mise en oeuvre ne se limite pas au seul cas du triphasé. Au contraire, l'invention trouve application également dans d'autres configurations électriques, notamment dans des configurations monophasées. En outre, la surface extérieure de la portion intercalaire d'isolation 27 peut ne pas être cylindrique. Notamment, elle peut posséder une section transversale rectangulaire et/ou définir des ailettes ou bourrelets se succédant selon la direction longitudinale.

Claims (17)

  1. Court-circuiteur électrique triphasé, comprenant :
    - des première, deuxième et troisième bornes de phase (2-4),
    - une isolation par matière diélectrique (22-24, 29, 91 ; 123, 191) de ces première, deuxième et troisième bornes de phase entre elles, et
    - un actionneur pyrotechnique (7) délimitant une chambre (81) d'expansion de gaz pyrotechniques d'actionnement,
    caractérisé en ce qu'il comporte :
    - des premier, deuxième et troisième contacts (61-63) mobiles entre une position ouverte d'attente (Fig. 5), dans laquelle l'isolation (22-24, 29, 91 ; 123, 191) isole électriquement au moins les première, deuxième et troisième bornes de phase entre elles, et une position fermée de court-circuit (Fig.6), dans laquelle chaque contact mobile (61-63) est connecté directement à l'une des première, deuxième et troisième bornes de phase et dans laquelle les premier, deuxième et troisième contacts mobiles (61-63) sont connectés électriquement entre eux,
    - un dispositif (50, 53) d'accouplement mécanique des premier, deuxième et troisième contacts mobiles (61-63) à l'actionneur pyrotechnique (7) et d'entraînement de ces premier, deuxième et troisième contacts mobiles (61-63) de la position ouverte d'attente à la position fermée de court-circuit, sous une action propulsive de l'actionneur pyrotechnique (7),
    - au moins un premier espace d'attente (92) pour le premier contact mobile (61), à un niveau situé entre les première et deuxième bornes de phase (2, 3), de manière que le premier contact mobile (61) se trouve dans ce premier espace d'attente (92) lorsque le premier contact mobile (61) est dans sa position ouverte d'attente,
    - au moins un deuxième espace d'attente (92) pour le deuxième contact mobile (62), à un niveau situé entre les deuxième et troisième bornes de phase (3, 4), de manière que le deuxième contact mobile (62) se trouve dans ce deuxième espace d'attente (92) lorsque le deuxième contact mobile (62) est dans sa position ouverte d'attente,
    ladite isolation (22-24, 29, 91 ; 123, 191) comportant des première, deuxième et troisième cloisons diélectriques solides frangibles (90) dont chacune isole l'une des première, deuxième et troisième bornes de phase (2-4) de l'un des premier, deuxième et troisième contacts mobiles (61-63) dans leurs positions ouvertes d'attente, ces première, deuxième et troisième cloisons frangibles (90 ; 190) étant des cloisons de retenue des premier, deuxième et troisième contacts mobiles (61-63) et du dispositif d'accouplement mécanique (50, 53) pour emmagasiner une énergie dans ladite chambre d'expansion (81), dans un premier temps après un déclenchement de l'actionneur pyrotechnique (7), jusqu'à une rupture des première, deuxième et troisième cloisons frangibles (90 ; 190) et une libération de ladite énergie lors de l'entraînement des premier, deuxième et troisième contacts mobiles (61-63) de leurs positions ouvertes d'attente vers leurs positions fermées de court-circuit, ladite chambre d'expansion (81) étant une chambre de compression puis d'expansion des gaz pyrotechniques d'actionnement.
  2. Court-circuiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des première, deuxième et troisième bornes de phase (2-4) comporte un trou (20) de réception du contact mobile correspondant (61-63), chacun des premier, deuxième et troisième contacts mobiles (61-63) présentant la forme d'un anneau conducteur qui comporte au moins une fente de manière à être déformable élastiquement vers l'intérieur, vers une configuration contractée dans laquelle l'anneau conducteur est apte à exercer un serrage centrifuge sur la surface du trou (20) de réception du contact mobile (61-63) défini par cet anneau conducteur.
  3. Court-circuiteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur pyrotechnique (7) comporte un piston (51) et un corps (10) qui définit un cylindre (80), le piston (51) et une paroi latérale du cylindre (80) délimitant partiellement ladite chambre d'expansion (81), le dispositif d'accouplement mécanique (50, 53) comprenant une barre mobile (50) d'accouplement au piston (51), ce piston (51) étant monté coulissant dans le cylindre (80) de manière que la chambre d'expansion (81) soit délimitée d'un coté du piston (51), à savoir du côté de la barre mobile (50), de sorte que le mouvement du piston (51) sous l'action des gaz pyrotechniques d'actionnement s'effectue dans le sens d'une traction (T) sur la barre mobile (50), vers l'actionneur pyrotechnique (7).
  4. Court-circuiteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une couronne de gaz d'isolation électrique (91 ; 191) qui est confinée au moins par une partie en matériau diélectrique solide (23 ; 123) de l'isolation de manière à isoler le premier contact mobile (61) dans sa position ouverte d'attente et la première borne de phase (2) l'un de l'autre, ensemble avec l'une des première, deuxième et troisième cloisons frangibles (90).
  5. Court-circuiteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite isolation comporte au moins des premier et deuxième tronçons isolants (22, 23) qui sont des pièces distinctes et qui se succèdent le long d'une direction (X-X') d'actionnement des premier, deuxième et troisième contacts mobiles (61-63) entre leurs positions ouvertes d'attente et fermées de court-circuit, le premier tronçon isolant (22) comportant au moins la première cloison frangible (90 ; 190) qui isole la première borne de phase (2) du premier contact mobile (61) dans sa position ouverte d'attente et qui est frangible lors d'un déplacement de ce premier contact mobile de sa position ouverte d'attente vers sa position fermée de court-circuit, le deuxième tronçon isolant (23) comportant au moins la deuxième cloison frangible (90 ; 190) qui isole la deuxième borne de phase (3) du deuxième contact mobile (62), dans sa position ouverte d'attente, et qui est frangible lors d'un déplacement de ce deuxième contact mobile (62) de sa position ouverte d'attente vers sa position fermée de court-circuit.
  6. Court-circuiteur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins une portion intercalaire (27) du premier tronçon isolant (22) se trouve entre lesdites première et deuxième bornes de phase (2, 3).
  7. Court-circuiteur selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un joint annulaire d'isolation (29), qui se trouve entre les premier et deuxième tronçons isolants (22, 23) et qui contribue à isoler électriquement la deuxième borne de phase (3) du premier contact mobile (61) dans sa position ouverte d'attente.
  8. Court-circuiteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une barre (50) qui porte les premier, deuxième et troisième contacts mobiles (61-63).
  9. Court-circuiteur selon la revendication 8, caractérisé en ce ladite barre passe dans au moins une partie en matériau diélectrique solide (22-24, 29 ; 123) de l'isolation et retient au moins latéralement cette partie.
  10. Court-circuiteur selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'au moins un des premier, deuxième et troisième contacts mobiles (61-63) est enfilé sur ladite barre (50).
  11. Court-circuiteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'isolation (22-24) retient au moins un des premier, deuxième et troisième contacts mobiles (61-63) selon une direction axiale (X-X') de la barre (50).
  12. Court-circuiteur selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que ladite barre (50) passe au moins à travers les première et deuxième bornes de phase (2, 3).
  13. Court-circuiteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 et l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que les premier et deuxième tronçons isolants (22, 23) au moins sont enfilés sur ladite barre (50).
  14. Court-circuiteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième bornes de phase (2, 3) retiennent entre elles le premier tronçon isolant (22), selon une direction axiale (X-X') de la barre (50).
  15. Court-circuiteur selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments (10, 73) de guidage axial de ladite barre (50) en coulissement, ces deux éléments de guidage (10, 73) retenant axialement entre eux plusieurs organes choisis parmi les première, deuxième et troisième bornes de phase (2-4), les premier, deuxième et troisième contacts mobiles (61-63) et au moins une partie de ladite isolation.
  16. Court-circuiteur selon la revendication 15, caractérisé en ce que les deux éléments de guidage (10, 73) sont bridés l'un vers l'autre, sur un élément (30) qui est fait de matériau diélectrique et qui entoure au moins partiellement plusieurs organes choisis parmi les première, deuxième et troisième bornes de phase (2-4), les premier, deuxième et troisième contacts mobiles (61-63) et au moins une partie de ladite isolation (22-24, 29 ; 123).
  17. Court-circuiteur selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte un sous-ensemble de bridage (10, 70-73) formant une boucle conductrice qui est fermée sur elle-même et qui entoure les première, deuxième et troisième bornes de phase (2-4).
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