EP3874538A1 - Système incluant un module électrique de puissance et une gaine contre les arcs électriques - Google Patents

Système incluant un module électrique de puissance et une gaine contre les arcs électriques

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Publication number
EP3874538A1
EP3874538A1 EP19805690.5A EP19805690A EP3874538A1 EP 3874538 A1 EP3874538 A1 EP 3874538A1 EP 19805690 A EP19805690 A EP 19805690A EP 3874538 A1 EP3874538 A1 EP 3874538A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
dielectric
protective element
terminals
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19805690.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Hugo REYNES
Cyril Buttay
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.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Centrale de Lyon
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
SuperGrid Institute SAS
Universite Claude Bernard Lyon 1
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Centrale de Lyon
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
SuperGrid Institute SAS
Universite Claude Bernard Lyon 1
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Ecole Centrale de Lyon, Institut National des Sciences Appliquees de Lyon, SuperGrid Institute SAS, Universite Claude Bernard Lyon 1 filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP3874538A1 publication Critical patent/EP3874538A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00—Package configurations
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14329—Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for the configuration of power bus bars
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W42/00—Arrangements for protection of devices
    • H10W42/80—Arrangements for protection of devices protecting against overcurrent or overload, e.g. fuses or shunts
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    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W76/00—Containers; Fillings or auxiliary members therefor; Seals
    • H10W76/10—Containers or parts thereof
    • H10W76/12—Containers or parts thereof characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
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    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W76/00—Containers; Fillings or auxiliary members therefor; Seals
    • H10W76/10—Containers or parts thereof
    • H10W76/12—Containers or parts thereof characterised by their shape
    • H10W76/15—Containers comprising an insulating or insulated base

Definitions

  • System including an electrical power module and a sheath against arcs
  • the invention relates to electric power modules, and in particular the design of such electric power modules in order to limit the risks of electric arc.
  • Electric power modules can have different
  • the electrical power modules include a dielectric insulating housing housing different electrical and electronic components performing the function
  • the path distance between the terminals must exceed 100mm, which represents a high distance for a power module such as that with the form factor XHP-3 proposed by the company Infineon, having a footprint of 140 by 100mm.
  • the different manufacturers respect the geometry of the modules, in particular concerning the position of the terminals spaced here by 26mm. The distance between the terminals is therefore fixed.
  • alternating grooves and ribs of the housing are interposed between the terminals.
  • Such a solution also has limits since the grooves must have a width of at least 1.5 mm for an IEC standard applicable to a degree of pollution 3.
  • the production of a module with form factor XHP-3 thus constitutes a challenge. for a voltage of 10kV.
  • the invention aims to solve one or more of these drawbacks.
  • the invention thus relates to a system as claimed.
  • FIG.1 shows a top view of a high voltage electric power module comprising a dielectric housing
  • FIG. 2 shows a top view of said high voltage electric power module covered by a dielectric protection element according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4 show two sectional views of the mounting of the module
  • FIG. 5 shows an exploded view of a detail of the assembly of Figure 3;
  • FIG. 6 is a comparative graph of the voltage withstand of high voltage electric power modules covered by a dielectric protection element according to an exemplary embodiment of the invention compared to bare modules according to the state of the art;
  • FIG. 7 is a sectional view of the mounting of the module
  • FIG. 8 is a sectional view of the mounting of the module
  • FIG. 9 is a sectional view of the mounting of the module
  • Figure 1 is a top view of a high voltage electric power module 1, comprising a dielectric housing 2 housing the electronic components of said module (not shown).
  • Module 1 also includes connection terminals 101, 102, 103 and 104, accessible from the upper face 3 of the housing 2.
  • the connection terminals 101 and 102 are here aligned in a longitudinal direction and offset in a transverse direction.
  • connection terminals 103 and 104 are here aligned in a longitudinal direction and offset in a transverse direction.
  • the connection terminals 101 and 103 are here aligned in a transverse direction and offset in a longitudinal direction.
  • module 1 its electronic components (not shown) are likely to apply or be applied, for example, a potential difference at least equal to 1 kV between terminals 101 and 102, or even more than 3kV, or even more than 6kV or even at least 10kV.
  • Module 1 can thus be considered as a high voltage module.
  • the terminals 101 and 102 are separated by an alternation of grooves 6 and ribs 7, formed in the upper external face 3 of the housing 2.
  • the same potential difference can for example be observed between the terminals 101 and 103 or 101 and 104.
  • the terminals 101 and 103 are separated by alternating grooves 60 and ribs 70, formed in the upper external face 3 of the housing 2.
  • the invention provides a solution for increasing the potential difference between the terminals 101 to 104 of the module 1 without changing the form factor (with for example a footprint included in a rectangle of 110mm by 150mm) and in compliance with the standards in force, in particular for a degree of pollution 3.
  • the box 2 may for example have a form factor as defined under the reference XHP-3 by the company Infineon.
  • One embodiment of the invention consists in encapsulating the connections of the housing 2 with a flexible dielectric protective element 10 made of a material different from the material of the housing 2. While the material of the housing 2 can be selected for its dielectric strength and its mechanical rigidity, the material of the protective element 10 can be selected for its ability to be deformed to match the upper face 3 of the housing 2 or for its ability to withstand pollution conditions. The material of element 10 will also advantageously be chosen for its dielectric properties.
  • Figure 2 is a top view of the power module of Figure 1 covered by a dielectric protective element 10 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the dielectric protection element 10 forms a sealed envelope covering the entire upper face 3 of the housing 2, with the exception of the connection terminals 101, 102, 103 and 104.
  • the dielectric protection element 10 also covers the sides of the housing 2 over all or part of their height.
  • the dielectric protection element 10 is
  • the dielectric protection element 10 can for example be made of elastomer (for example rubber, silicone or polyurethane).
  • the protective element 10 is advantageously maintained in contact with the upper face 3 by an elastic deformation exerted by the housing 2, in order to promote its autonomous mechanical maintenance on the housing 2.
  • Figure 3 is a sectional view of the assembly of the assembly including the module 1 and its dielectric protection 10 with electrical connectors 31 and 32, fixed by means of screws 201 and 202 at the connection terminals 101 and 102.
  • the section is represented along the axis AA indicated in FIG. 2.
  • the dielectric protective element 10 advantageously comprises ribs 17 housed in the grooves 6 of the housing 2. By covering the upper face 3 of the housing 2 and by having ribs 17 housed in the grooves 6 of the housing 2, this prevents deposit of any pollutants in the grooves 6, which prevents such pollutants from promoting the formation of arcs between the connection terminals 101 and 102 Thus, even while retaining reduced dimensions for the housing 2, the formation of electric arcs is shifted towards significantly higher voltage levels in polluted environments.
  • the screw 201 is screwed into a
  • threaded bore 8 of housing 2 can also be replaced, for example, by a captive nut.
  • the screw 201 here provides the electrical connection between the connection terminal 101 and the electrical connector 31 (sometimes designated by the term bus bar in the literature).
  • the screw 201 also provides the mechanical connection between the electrical connector 31 and the housing 2.
  • the head of the screw 201 is made of material
  • the periphery of the threaded bore 8 is advantageously covered by an extension 21 of the protective element 10, in order to limit the capacity for depositing pollutant as close as possible to the connector 101.
  • the extension 21 covers the periphery of the threaded bore 8.
  • the extension 21 has a bore 23 arranged vertically of the threaded bore 8.
  • the screw 201 passes through the bore 23 of this extension 21.
  • L the bore 23 of the extension 21 is here delimited by a vertical cylindrical wall 27.
  • Such a cylindrical wall can be deformed by compression between a head of the screw 201 (via the connector 31) and the housing 2, to favor sealing under the head of the screw and making the formation of an electric arc more difficult. This makes it possible not to leave any metallic part in the open air and to form an airtight barrier at the level of the connection terminals 101. This guarantees the absence of possible paths for the electric arcs, in bypass as well as in
  • the dielectric protective element 10 may for example have a Shore A hardness of between 30 and 50, in order to promote elastic deformation of the vertical cylindrical wall 27 during such compression.
  • the vertical cylindrical wall 27 is here advantageously surrounded by a vertical sleeve 25. Such a vertical sleeve 25 further promotes sealing at the connector 101.
  • the dielectric protection element 10 having a Shore A hardness of between 30 and 50, also makes it possible to promote an elastic deformation of the vertical sleeve 25 during such compression.
  • the screw 202 is screwed into a
  • the screw 202 here ensures the electrical connection between the connection terminal 102 and the electrical connector 32 (sometimes designated by the term bus bar in the literature).
  • the screw 202 also provides the mechanical connection between the electrical connector 32 and the housing 2.
  • the head of the screw 202 is made of dielectric material.
  • the periphery of the threaded bore 9 is advantageously covered by an extension 22 of the protective element 10, in order to limit the capacity for depositing pollutant as close as possible to the connector 102.
  • the extension 22 covers the periphery of the threaded bore 9.
  • the extension 22 has a bore 24 formed vertically from the threaded bore 9. The screw 202 passes through the bore 24 of this extension 22.
  • the bore 24 of the extension 22 is here delimited by a vertical cylindrical wall 28.
  • a vertical cylindrical wall 28 can be deformed by compression between a head of the screw 202 (via the connector 32) and the housing 2, to favor sealing under the head of the screw and making the formation of an electric arc more difficult.
  • the dielectric protective element 10 may for example have a Shore A hardness of between 30 and 50, in order to promote elastic deformation of the vertical cylindrical wall 28 during such compression.
  • the vertical cylindrical wall 28 is here advantageously surrounded by a vertical sleeve 26. Such a vertical sleeve 26 further promotes sealing at the connector 102.
  • the dielectric protection element 10 having a Shore A hardness of between 30 and 50, also makes it possible to promote elastic deformation of the vertical sleeve 26 during such compression.
  • Figure 4 is a sectional view of the assembly of the assembly including the module 1 and its dielectric protection element 10 with electrical connectors 31 and 33, fixed by means of screws 201 and 203 at the terminals of connection 101 and 103.
  • the section is represented along the axis BB indicated in FIG. 2.
  • the dielectric protection element 10 comprises ribs 18 housed in the grooves 60 of the housing 2.
  • FIG 5 is an exploded view of the detail of the assembly shown in Figure 3.
  • the module 1, of which only one longitudinal end 4 of the housing 2 is shown here, is covered with a dielectric protective element 10, of which only the end 11 is shown here, according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the assembly is assembled to the electrical connectors 31 and 32, fixed by means of screws 201 and 202 at the connection terminals 101 and 102.
  • Figure 6 is a comparative graph of the voltages before forming an electric arc of high voltage electric power modules according to different configurations. Measurements A, B, C, D, E and F are taken on modules whose upper face is bare according to the state of the art.
  • Measurements A ', B', C ', D', E 'and F' are taken on modules covered by a dielectric protection element according to an exemplary embodiment of the invention. Measurements A, A ', B, B', C and C 'are taken on dry modules. Measurements D, D ', E, E', F and F 'are taken on modules on which deionized water has been sprayed with a manual spray. Measurements A, A ', D and D' are taken on clean modules. Measurements B, B ', E and E' are taken on modules conditioned with kaolin, which corresponds to a degree of pollution of level 2. Measurements C, C ', F and F' are taken on modules conditioned with salt, which corresponds to a level 3 pollution degree.
  • dielectric according to the invention makes it possible to obtain an electric arc forming voltage greater than 20kV in all cases, where the modules not protected according to the prior art can undergo an electric arc for a voltage less than 10kV.
  • the invention has been described with reference to a high voltage electric power module 1.
  • the invention can also be applied to other types of electric power modules.
  • An independent aspect of the invention relates to a system including:
  • a high voltage electric power module comprising a dielectric box housing electronic components of said module, and comprising at least first and second connection terminals accessible from outside the module and between which the electronic components of the module are capable of apply a potential difference at least equal to 1 kV, said first and second terminals are separated by at least one
  • dielectric protection element extending between the first and second connection terminals, the protective element covering the ribs of the housing and comprising ribs housed in grooves in the housing.
  • Figure 7 is a sectional view of another embodiment
  • the module 1 and the dielectric protection 10 have the same structure as in the previous embodiment.
  • the electrical connectors 31 and 32 are here encapsulated in a dielectric protective element 30.
  • the screws 201 and 202 maintain the ends of the connectors 31 and 32 in electrical contact respectively with the connection terminals 101 and 102.
  • the screws 201 and 202 are here made of dielectric material.
  • the screws 201 and 202 here pass through respective bores of the connectors 31 and 32.
  • the dielectric protection element 10 here advantageously comprises ribs 17 housed in the grooves 6 of the housing 2.
  • Figure 8 is a sectional view of a variant of the embodiment of Figure 7. This variant differs from the embodiment of Figure 7 only by the presence of protrusions 35, projecting vertically from the element of dielectric protection 30.
  • the protrusions 35 are here positioned between the screws 201 and 202.
  • the protrusions 35 have the form of fins and have the function of lengthening the arc path above the electrical connectors 31 and 32.
  • Figure 9 is a sectional view of a variant of the embodiment of Figure 7. This variant differs from the embodiment of Figure 7 only by the presence of protrusions 36, projecting vertically from the element of dielectric protection 30.
  • Protrusions 36 are here positioned between the screws 201 and 202, other protrusions being positioned on the periphery of the dielectric protection element 30.
  • the protrusions 36 have the form of fins and have the function of lengthening the arc path above the electrical connectors 31 and 32.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Casings For Electric Apparatus (AREA)
  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

L'invention concerne un système incluant : - un module de puissance électrique haute tension (1), comportant un boîtier diélectrique (2) logeant des composants électroniques dudit module, et comportant au moins des première (101) et deuxième (102) bornes de connexion accessibles depuis l'extérieur du module et entre lesquelles les composants électroniques du module sont susceptibles d'appliquer une différence de potentiel au moins égale à 1kV, lesdites première et deuxième bornes étant séparées par au moins une alternance de gorges (6) et de nervures (7) ménagées dans une face externe du boîtier diélectrique (2); - un élément de protection diélectrique (10) s'étendant entre les première et deuxième bornes de connexion (101, 102), l'élément de protection (10) recouvrant les nervures du boîtier et comportant des nervures (17) logées dans des gorges (6) du boîtier.

Description

Titre de l'invention : Système incluant un module électrique de puissance et une gaine contre les arcs
électriques
[0001 ] [L’invention concerne les modules électriques de puissance, et en particulier la conception de tels modules électriques de puissance en vue de limiter les risques d’arc électrique.
[0002] Les modules électriques de puissance peuvent présenter différentes
fonctions, par exemple une fonction de conversion électrique. Les modules électriques de puissance comportent un boîtier isolant diélectrique logeant différents composants électriques et électroniques réalisant la fonction
électronique de base du module, et plusieurs bornes de connexion à vis accessibles depuis l’extérieur du boîtier pour la connexion du module à d’autres composants électriques. Lors de l’utilisation du module de puissance, une différence de potentiel est appliquée entre des bornes de connexion de ce module.
[0003] Notamment pour les besoins de nouvelles applications, les modules de
puissance sont susceptibles d’appliquer des différences de potentiel sans cesse croissantes entre leurs bornes de connexion. Il existe ainsi un besoin pour des modules de puissance pour des tensions nominales de 3,3 kV, de 6,5 kV, de 10kV, voire au-delà. Une contrainte de conception vient du besoin de
standardisation des dimensions des modules des différents fabricants, afin de disposer de facteurs de forme relativement similaires, en vue de faciliter la conception des systèmes électriques. Ainsi, des modules de puissance pour des tensions nominales allant jusqu’à 10 kV doivent satisfaire à des limites
dimensionnelles.
[0004] Ces limites dimensionnelles rendent la conception du module de puissance problématique, en vue de respecter les normes concernant la formation d’arcs électriques. En effet, pour un niveau de tension donné, des distances minimales de parcours dans l’air et de contour de la surface du boîtier diélectrique entre les bornes doivent être respectées pour l’extérieur du boîtier. Ces conditions sont notamment détaillées dans la norme IEC60664-1. Un tel dimensionnement peut s’avérer assez contraignant en milieu pollué, la distance de cheminement devant tenir compte d’un potentiel dépôt de poussière, d’humidité ou d’eau salée sur la surface du boîtier, favorisant la création d’un arc électrique. Ainsi, pour un module de 10kV, la distance de cheminement entre les bornes doit dépasser 100mm, ce qui représente une distance élevée pour un module de puissance tel que celui au facteur de forme XHP-3 proposé par la société Infineon, présentant une empreinte de 140 par 100mm. Afin de pouvoir utiliser des modules compatibles, les différents fabricants respectent la géométrie des modules, notamment concernant la position des bornes espacées ici de 26mm. La distance entre les bornes est donc fixée. Afin d’accroître la distance de cheminement, des alternances de rainures et de nervures du boîtier sont interposées entre les bornes. Une telle solution présente aussi des limites puisque les rainures doivent présenter une largeur d’au moins 1 ,5mm pour une norme IEC applicable à un degré de pollution 3. La réalisation d’un module au facteur de forme XHP-3 constitue ainsi un défi pour une tension de 10kV.
[0005] Le document US2009/213553 décrit un module dont le boîtier présente des protubérances pour permettre la fixation mécanique d’un élément de protection diélectrique rapporté.
[0006] 'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L’invention porte ainsi sur un système tel que revendiqué.
[0007] L’invention porte également sur les variantes des revendications
dépendantes. L’homme du métier comprendra que chacune des caractéristiques de la description ou des revendications peut être combinée indépendamment aux caractéristiques d’une revendication indépendante, sans pour autant constituer une généralisation intermédiaire.
[0008]
[0009] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : [0010] [Fig.1 ] représente une vue de dessus d’un module de puissance électrique haute tension comportant un boîtier diélectrique ;
[0011] [Fig. 2] représente une vue de dessus dudit module de puissance électrique haute tension recouvert par un élément de protection diélectrique selon un exemple de mode de réalisation de l’invention ;
[0012] [Fig. 3] et
[0013] [Fig. 4] représentent deux vues en coupe du montage du module de
puissance électrique haute tension recouvert par un élément de protection diélectrique selon un exemple de mode de réalisation de l’invention connecté à 2 contacts haute tension ;
[0014] [Fig. 5] représente une vue éclatée d’un détail du montage de la figure 3 ;
[0015] [Fig. 6] est un graphique comparatif des tenues en tension de modules de puissance électrique haute tension recouvert par un élément de protection diélectrique selon un exemple de mode de réalisation de l’invention par rapport à des modules nus selon l’état de la technique ;
[0016] [Fig. 7] représente est une vue en coupe du montage du module de
puissance électrique haute tension recouvert par un élément de protection diélectrique selon un autre exemple de mode de réalisation de l’invention connecté à 2 contacts haute tension ;
[0017] [Fig. 8] représente est une vue en coupe du montage du module de
puissance électrique haute tension recouvert par un élément de protection diélectrique selon encore un autre exemple de mode de réalisation de l’invention connecté à 2 contacts haute tension ;
[0018] [Fig. 9] représente est une vue en coupe du montage du module de
puissance électrique haute tension recouvert par un élément de protection diélectrique selon encore un autre exemple de mode de réalisation de l’invention connecté à 2 contacts haute tension.
[0019] La figure 1 est une vue de dessus d’un module de puissance électrique haute tension 1 , comportant un boîtier diélectrique 2 logeant les composants électroniques dudit module (non représentés). Le module 1 comporte également des bornes de connexion 101 , 102, 103 et 104, accessibles depuis la face supérieure 3 du boîtier 2. Les bornes de connexion 101 et 102 sont ici alignées selon une direction longitudinale et décalées selon une direction transversale.
Les bornes de connexion 103 et 104 sont ici alignées selon une direction longitudinale et décalées selon une direction transversale. Les bornes de connexion 101 et 103 sont ici alignées selon une direction transversale et décalées selon une direction longitudinale.
[0020] Durant le fonctionnement du module 1 , ses composants électroniques (non représentés) sont susceptibles d’appliquer ou de se voir appliquer par exemple une différence de potentiel au moins égale à 1 kV entre les bornes 101 et 102, voire de plus de 3kV, voire de plus de 6kV ou même encore d’au moins 10kV. Le module 1 peut ainsi être considéré comme un module haute tension. Les bornes 101 et 102 sont séparées par une alternance de gorges 6 et de nervures 7, ménagées dans la face externe supérieure 3 du boîtier 2. La même différence de potentiel peut par exemple être observée entre les bornes 101 et 103 ou 101 et 104. Les bornes 101 et 103 sont séparées par une alternance de gorges 60 et de nervures 70, ménagées dans la face externe supérieure 3 du boîtier 2.
[0021] L’invention propose une solution permettant d’augmenter la différence de potentiel applicable entre les bornes 101 à 104 du module 1 sans en modifier le facteur de forme (avec par exemple une empreinte comprise dans un rectangle de 110mm par 150mm) et dans le respect des normes en vigueur, en particulier pour un degré de pollution 3. Le boîtier 2 pourra par exemple présenter un facteur de forme tel que défini sous la référence XHP-3 par la société Infineon.
Un mode de réalisation de l’invention consiste à encapsuler les connexions du boîtier 2 avec un élément de protection diélectrique souple 10 réalisé dans un matériau différent du matériau du boîtier 2. Alors que le matériau du boîtier 2 pourra être sélectionné pour sa rigidité diélectrique et sa rigidité mécanique, le matériau de l’élément de protection 10 pourra être sélectionné pour sa capacité à être déformé pour épouser la face supérieure 3 du boîtier 2 ou pour sa capacité à résister à des conditions de pollution. Le matériau de l’élément 10 sera également avantageusement choisi pour ses propriétés de diélectrique. [0022] La figure 2 est une vue de dessus du module de puissance de la figure 1 recouvert par un élément de protection diélectrique 10 selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. L’élément de protection diélectrique 10 forme une enveloppe étanche en recouvrant l’intégralité de la face supérieure 3 du boîtier 2, à l’exception des bornes de connexion 101 , 102, 103 et 104. L’élément de protection diélectrique 10 recouvre également les flancs du boîtier 2 sur tout ou partie leur hauteur. L’élément de protection diélectrique 10 est
avantageusement réalisé d’un seul tenant, afin de favoriser l’étanchéité de l’élément de protection diélectrique 10 sur la face supérieure 3 du boîtier.
L’élément de protection diélectrique 10 peut par exemple être réalisé en élastomère (par exemple en caoutchouc, silicone ou polyuréthane). L’élément de protection 10 est avantageusement maintenu en contact avec la face supérieure 3 par une déformation élastique exercée par le boîtier 2, afin de favoriser son maintien mécanique autonome sur le boîtier 2.
[0023] La figure 3 est une vue en coupe de l’assemblage de l’ensemble incluant le module 1 et sa protection diélectrique 10 avec des connecteurs électriques 31 et 32, fixés au moyen de vis 201 et 202 au niveau des bornes de connexion 101 et 102. La coupe est représentée selon l’axe A-A indiqué sur la figure 2. L’élément de protection diélectrique 10 comporte avantageusement des nervures 17 logées dans les gorges 6 du boîtier 2. En recouvrant la face supérieure 3 du boîtier 2 et en ayant des nervures 17 logées dans les gorges 6 du boîtier 2, on évite ainsi un dépôt d’éventuels polluants dans les gorges 6, ce qui évite que de tels polluants puissent favoriser la formation d’arcs entre les bornes de connexion 101 et 102. Ainsi, même en conservant des dimensions réduites pour le boîtier 2, la formation d’arcs électriques est décalée vers des niveaux de tension nettement plus élevés en environnement pollué.
[0024] Au niveau de la borne de connexion 101 , 1a vis 201 est vissée dans un
alésage fileté 8 du boîtier 2 (l’alésage fileté 8 peut aussi être remplacé par exemple par un écrou prisonnier). La vis 201 assure ici la connexion électrique entre la borne de connexion 101 et le connecteur électrique 31 (parfois désigné par le terme de bus bar dans la littérature). La vis 201 assure également la liaison mécanique entre le connecteur électrique 31 et le boîtier 2. Selon un mode de réalisation de l’invention, la tête de la vis 201 est en matériau
diélectrique. La périphérie de l’alésage fileté 8 est avantageusement recouverte par une extension 21 de l’élément de protection 10, afin de limiter la capacité de dépôt de polluant jusqu’au plus près du connecteur 101 .
[0025] L’extension 21 recouvre la périphérie de l’alésage fileté 8. L’extension 21 présente un alésage 23 ménagé à la verticale de l’alésage fileté 8. La vis 201 traverse l’alésage 23 de cette extension 21. L’alésage 23 de l’extension 21 est ici délimité par une paroi cylindrique verticale 27. Une telle paroi cylindrique peut être déformée par compression entre une tête de la vis 201 (par l’intermédiaire du connecteur 31 ) et le boîtier 2, pour favoriser l’étanchéité sous la tête de la vis et rendre la formation d’un arc électrique plus difficile. Cela permet de ne laisser aucune partie métallique à l’air libre et de former une barrière hermétique au niveau des bornes de connexion 101. On garantit ainsi l’absence de chemins possibles pour les arcs électriques, en contournement aussi bien qu’en
cheminement. L’élément de protection diélectrique 10 peut par exemple présenter une dureté Shore A comprise entre 30 et 50, afin de favoriser une déformation élastique de la paroi cylindrique verticale 27 lors d’une telle compression. La paroi cylindrique verticale 27 est ici avantageusement ceinturée par un manchon vertical 25. Un tel manchon vertical 25 favorise encore davantage l’étanchéité au niveau du connecteur 101. L’élément de protection diélectrique 10 présentant une dureté Shore A comprise entre 30 et 50, permet également de favoriser une déformation élastique du manchon vertical 25 lors de la telle compression.
[0026] Au niveau de la borne de connexion 102, la vis 202 est vissée dans un
alésage fileté 9 du boîtier 2. La vis 202 assure ici la connexion électrique entre la borne de connexion 102 et le connecteur électrique 32 (parfois désigné par le terme de bus bar dans la littérature). La vis 202 assure également la liaison mécanique entre le connecteur électrique 32 et le boîtier 2. Selon un mode de réalisation de l’invention, la tête de la vis 202 est en matériau diélectrique. La périphérie de l’alésage fileté 9 est avantageusement recouverte par une extension 22 de l’élément de protection 10, afin de limiter la capacité de dépôt de polluant jusqu’au plus près du connecteur 102. [0027] L’extension 22 recouvre la périphérie de l’alésage fileté 9. L’extension 22 présente un alésage 24 ménagé à la verticale de l’alésage fileté 9. La vis 202 traverse l’alésage 24 de cette extension 22. L’alésage 24 de l’extension 22 est ici délimité par une paroi cylindrique verticale 28. Une telle paroi cylindrique peut être déformée par compression entre une tête de la vis 202 (par l’intermédiaire du connecteur 32) et le boîtier 2, pour favoriser l’étanchéité sous la tête de la vis et rendre la formation d’un arc électrique plus difficile. L’élément de protection diélectrique 10 peut par exemple présenter une dureté Shore A comprise entre 30 et 50, afin de favoriser une déformation élastique de la paroi cylindrique verticale 28 lors d’une telle compression. La paroi cylindrique verticale 28 est ici avantageusement ceinturée par un manchon vertical 26. Un tel manchon vertical 26 favorise encore davantage l’étanchéité au niveau du connecteur 102.
L’élément de protection diélectrique 10 présentant une dureté Shore A comprise entre 30 et 50, permet également de favoriser une déformation élastique du manchon vertical 26 lors de la telle compression.
[0028] L’espace résiduel entre ladite paroi verticale 27 et la vis 201 est ici
avantageusement rempli d’une résine diélectrique 50, afin de limiter encore davantage le risque de pollution et d’arc correspondant. De façon similaire, l’espace résiduel entre ladite paroi verticale 28 et la vis 202 est ici
avantageusement rempli d’une résine diélectrique 50.
[0029] La figure 4 est une vue en coupe de l’assemblage de l’ensemble incluant le module 1 et son élément de protection diélectrique 10 avec des connecteurs électriques 31 et 33, fixés au moyen de vis 201 et 203 au niveau des bornes de connexion 101 et 103. La coupe est représentée selon l’axe B-B indiqué sur la figure 2. L’élément de protection diélectrique 10 comporte des nervures 18 logées dans les gorges 60 du boîtier 2.
[0030] La figure 5 est une vue éclatée du détail du montage représenté sur la figure 3. Le module 1 , dont seule une extrémité longitudinale 4 du boîtier 2 est représentée ici, est recouverte d’un élément de protection diélectrique 10, dont seule l’extrémité 11 est représentée ici, selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. L’ensemble est assemblé aux connecteurs électriques 31 et 32, fixés au moyen de vis 201 et 202 au niveau des bornes de connexion 101 et 102. [0031] La figure 6 est un graphique comparatif des tensions avant formation d’un arc électrique de modules de puissance électrique haute tension selon différentes configurations. Les mesures A, B, C, D, E et F sont prises sur des modules dont la face supérieure est nue selon l’état de la technique. Les mesures A’, B’, C’, D’, E’ et F’ sont prises sur des modules recouverts par un élément de protection diélectrique selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. Les mesures A, A’, B, B’, C et C’ sont prises sur des modules secs. Les mesures D, D’, E, E’, F et F’ sont prises sur des modules sur lesquels a été projetée une eau désionisée avec un spray manuel. Les mesures A, A’, D et D’ sont prises sur des modules propres. Les mesures B, B’, E et E’ sont prises sur des modules conditionnés au kaolin, ce qui correspond à un degré de pollution de niveau 2. Les mesures C, C’, F et F’ sont prises sur des modules conditionnés au sel, ce qui correspond à un degré de pollution de niveau 3.
[0032] On constate sur la figure 6 que l’utilisation d’un élément de protection
diélectrique selon l’invention permet d’obtenir une tension de formation d’arc électrique supérieure à 20kV dans tous les cas, là où les modules non protégés selon l’état de la technique peuvent subir un arc électrique pour une tension inférieure à 10kV.
[0033] L’invention a été décrite en référence à un module de puissance électrique haute tension 1. L’invention peut également s’appliquer à d’autres types de modules de puissance électrique.
[0034] Un aspect indépendant de l’invention porte sur un système incluant :
-un module de puissance électrique haute tension, comportant un boîtier diélectrique logeant des composants électroniques dudit module, et comportant au moins des première et deuxième bornes de connexion accessibles depuis l’extérieur du module et entre lesquelles les composants électroniques du module sont susceptibles d’appliquer une différence de potentiel au moins égale à 1 kV, lesdites première et deuxième bornes sont séparées par au moins une
alternance de gorges et de nervures ménagées dans une face externe du boîtier diélectrique ;
-un élément de protection diélectrique s’étendant entre les première et deuxième bornes de connexion, l’élément de protection recouvrant les nervures du boîtier et comportant des nervures logées dans des gorges du boîtier.
[0035] Cet aspect indépendant de l’invention peut être combiné à chacune des
caractéristiques techniques présentées dans la description et dans les
revendications annexées.
[0036] La figure 7 est une vue en coupe d’un autre mode de réalisation
d’assemblage d’un ensemble incluant le module 1 et une protection diélectrique 10 avec des connecteurs électriques 31 et 32, fixés au moyen de vis 201 et 202 au niveau des bornes de connexion 101 et 102. Le module 1 et la protection diélectrique 10 présentent la même structure que dans le mode de réalisation précédent. Les connecteurs électriques 31 et 32 sont ici encapsulés dans un élément de protection diélectrique 30. Les vis 201 et 202 maintiennent des extrémités des connecteurs 31 et 32 en contact électrique respectivement avec les bornes de connexion 101 et 102. Les vis 201 et 202 sont ici en matériau diélectrique. Les vis 201 et 202 traversent ici des alésages respectifs des connecteurs 31 et 32. L’élément de protection diélectrique 10 comporte ici avantageusement des nervures 17 logées dans les gorges 6 du boîtier 2.
[0037] La figure 8 est une vue en coupe d’une variante du mode de réalisation de la figure 7. Cette variante diffère du mode de réalisation de la figure 7 uniquement par la présence de protubérences 35, en saillie verticalement depuis l’élément de protection diélectrique 30. Les protubérances 35 sont ici positionnées entre les vis 201 et 202. Les protubérances 35 ont la forme d’ailettes et ont pour fonction de rallonger le trajet d’arc au-dessus des connecteurs électriques 31 et 32.
[0038] La figure 9 est une vue en coupe d’une variante du mode de réalisation de la figure 7. Cette variante diffère du mode de réalisation de la figure 7 uniquement par la présence de protubérences 36, en saillie verticalement depuis l’élément de protection diélectrique 30. Des protubérances 36 sont ici positionnées entre les vis 201 et 202, d’autres protubérances étant positionnées en périphérie de l’élément de protection diélectrique 30. Les protubérances 36 ont la forme d’ailettes et ont pour fonction de rallonger le trajet d’arc au-dessus des connecteurs électriques 31 et 32.

Claims

Revendications
[Revendication 1] [Système incluant :
-un module de puissance électrique haute tension (1 ), comportant un boîtier diélectrique (2) logeant des composants électroniques dudit module, et comportant au moins des première (101 ) et deuxième (102) bornes de connexion accessibles depuis l’extérieur du module et entre lesquelles les composants électroniques du module sont susceptibles d’appliquer une différence de potentiel au moins égale à 1 kV, lesdites première et deuxième bornes (101 , 102) présentent des éléments de fixation respectifs (8, 9), caractérisé en ce que lesdites première et deuxième bornes sont séparées par au moins une alternance de gorges (6) et de nervures (7) ménagées dans une face externe du boîtier diélectrique (2) ;
-un élément de protection diélectrique (10) s’étendant entre les première et deuxième bornes de connexion (101 , 102), l’élément de protection (10) recouvrant les nervures du boîtier, l’élément de protection comportant des première et deuxième extensions (21 , 22) recouvrant respectivement la périphérie des éléments de fixation des première et deuxième bornes, les première et deuxième extensions comportant chacune un alésage (23, 24) traversant positionné à la verticale des éléments de fixation des première et deuxième bornes.
[Revendication 2] Système selon la revendication 1 , dans lequel l’élément de protection diélectrique (10) comporte des nervures (17) logées dans des gorges (6) du boîtier.
[Revendication 3] Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel
lesdits éléments de fixation sont des alésages filetés.
[Revendication 4] Système selon la revendication 3, incluant des première et deuxième vis (201 , 202) vissées dans les alésages filetés (8, 9) des première et deuxième bornes respectivement et traversant les alésages traversants (23, 24) des première et deuxième extensions.
[Revendication 5] Système selon la revendication 4, dans lequel lesdites première et deuxième vis (201 , 202) sont en matériau diélectrique.
[Revendication 6] Système selon l’une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel lesdits alésages traversants (23, 24) sont délimités par des parois verticales (27, 28) des première et deuxième extensions de l’élément de protection (10).
[Revendication 7] Système selon la revendication 6, incluant une résine diélectrique (50) interposée entre lesdits éléments de fixation et les parois verticales (27, 28) des première et deuxième extensions de l’élément de protection.
[Revendication 8] Système selon la revendication 6 ou 7, dans lequel
lesdites extensions incluent des premier et deuxième manchons verticaux (25, 26) ceinturant respectivement les première et deuxième parois verticales (27, 28).
[Revendication 9] Système selon l’une quelconque des revendications
précédentes, comprenant des premier et deuxième connecteurs électriques (31 , 32), ladite première extension étant comprimée entre le premier connecteur électrique et la première borne (101 ), ladite deuxième extension étant comprimée entre le deuxième connecteur électrique et la deuxième borne (102).
[Revendication 10] Système selon l’une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel ledit élément de protection (10) forme une enveloppe étanche recouvrant la face supérieure (3) du boîtier diélectrique (2) à l’exception desdits éléments de fixation (8, 9).
[Revendication 11] Système selon la revendication 9, dans lequel ledit
élément de protection (10) est maintenu en contact avec la face supérieure du boîtier diélectrique (2) par une déformation élastique exercée par le boîtier.
[Revendication 12] Système selon l'une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel ledit élément de protection (10) est formé d’un seul tenant.
[Revendication 13] Système selon l'une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel le matériau de l’élément de protection (10) est différent du matériau du boîtier diélectrique (2).
[Revendication 14] Système selon l'une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel ledit élément de protection (10) est réalisé dans un matériau présentant une dureté Shore A comprise entre 30 et 50.
[Revendication 15] Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
-le module de puissance (1 ) comprend une troisième borne de connexion (103) accessible depuis l’extérieur du module, les composants électroniques du module étant susceptibles d’appliquer une différence de potentiel au moins égale à 1 kV entre les première et troisième bornes de connexion (101 , 103), lesdites première et troisième bornes étant séparées par au moins une alternance de gorges (60) et de nervures (70) ménagées dans la face externe du boîtier diélectrique (2) ;
-l’élément de protection diélectrique (10) s’étend entre les première et troisième bornes de connexion, l’élément de protection recouvrant les nervures du boîtier ménagées entre les première et troisième bornes, et comportant des nervures (18) logées dans les gorges (60) du boîtier (2) ménagées entre les première et troisième bornes.
[Revendication 16] Système selon l'une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel ledit boîtier (2) présente une empreinte comprise dans un rectangle de 110mm par 150 mm.
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