FR2936645A1 - Cable electrique d'alimentation presentant un fusible de protection contre son echauffement. - Google Patents

Cable electrique d'alimentation presentant un fusible de protection contre son echauffement. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un câble électrique d'alimentation présentant un fusible de protection contre son échauffement. Ce câble est caractérisé en ce que ledit fusible (5) comporte au moins un fil métallique d'une section et d'une longueur prédéterminées, recouvert d'un isolant (4) avec des caractéristiques de résistance à la chaleur prédéterminées, lesdites section et/ou longueur et/ou caractéristiques étant prédéterminées en fonction des paramètres de déperdition de chaleur présentées par le moyen de connexion (3) électrique de façon qu'en fonctionnement normal dudit moyen (3), le fusible (5) soit soumis à une évacuation de chaleur suffisante pour ne pas provoquer la fusion de son fil métallique et qu'en fonctionnement altéré dudit moyen (3), l'échauffement de celui-ci provoque la fusion du fil métallique dudit fusible (5) avant que sa couche isolante (4) ne soit détruite. L'invention concerne aussi une installation électrique avec un câble muni d'un tel fusible. Application dans le domaine du câblage en général et en particulier pour les véhicules automobiles.

Description

Câble électrique d'alimentation présentant un fusible de protection contre son échauffement
La présente invention concerne d'une façon générale le domaine du câblage en proposant un câble électrique d'alimentation présentant un fusible de protection contre son échauffement. Une application possible mais non limitative d'un tel câble électrique est dans le domaine automobile.
Plus particulièrement, la présente invention concerne un câble électrique relié à un organe électrique par un moyen de connexion, par exemple une cosse vissée, notamment à la masse, en assurant sa protection contre un trop fort échauffement par la présence d'un fusible.
Selon l'état de la technique, un moyen de connexion entre un câble électrique et un organe électrique peut être réalisé par vissage d'un élément tel qu'un écrou ou une cosse, cet élément étant généralement en cuivre ou en laiton étamé et relié au câble électrique par sertissage.
Le câble présente au moins un fil métallique conducteur, entouré d'un isolant, ce fil ayant généralement une section constante sur toute sa longueur. L'isolant est, en général, un isolant courant employé sur la plupart des câbles électriques constituant les faisceaux électriques.
Un manchon recouvre parfois le sertissage de la cosse avec le câble afin de supprimer l'agression mécanique de cette zone. Avec un tel câble, lorsque le courant est important et que le serrage de la cosse sur l'organe électrique se montre défectueux, le mauvais contact électrique de la cosse avec cet organe provoque un échauffement local qui porte à haute température la cosse et le câble dont l'isolant finit par s'enflammer. Un exemple de câble, selon l'état de la technique, ayant subi un échauffement à son extrémité raccordée à l'organe électrique par l'intermédiaire d'un moyen de connexion est illustré à la figure 1.
Cette figure montre un câble 1 électrique raccordé à un organe électrique 2 par un moyen de connexion 3 sous la forme d'une cosse. Ce câble 1 est revêtu d'une partie isolante 4a et comprend au moins un fil 6a conducteur d'électricité. Une mauvaise connexion entre le moyen 3 et l'organe 2 peut provoquer un échauffement local du câble 1 à sa partie d'extrémité reliée avec l'organe 2 par le moyen 3 de connexion ce qui fait fondre la couche 4a d'isolant, cet échauffement pouvant par exemple se produire par formation d'arc électrique entre le moyen 3 et l'organe 2. Le câble 1 n'est donc plus isolé électriquement et son fil 6a conducteur est mis à nu engendrant des risques de court-circuit. Une mauvaise connexion n'est pas toujours visible, étant donné que le moyen de connexion 3 est souvent recouvert d'un élément de protection tel qu'un manchon ou un couvercle, notamment en plastique. Cet élément de protection masque la possible mauvaise connexion lors d'une inspection et est, en outre, aussi susceptible d'inflammation.
Le document JP-A-4 296 406 décrit un fusible avec fil conducteur et isolant assurant la fonction de limiteur de surcharge électrique. Ce fusible est constitué d'une longueur de quelques centimètres de cuivre à brins étamés avec un isolant à haute tenue à la chaleur. Cependant, ce document n'utilise un tel fusible que dans le but d'éviter une surcharge en intensité de courant et n'est opérable que pour un courant supérieur au courant nominal prédéterminé. L'objet de la présente invention est de prévenir une inflammation locale du câble vers son extrémité reliée au moyen de connexion pouvant entraîner la destruction de ce câble. A cet effet, l'invention a pour objet un câble électrique destiné à être rattaché à un organe électrique par un moyen de connexion électrique, ce câble étant composé d'au moins un fil métallique formant sa partie conductrice et recouvert d'une partie isolante, ledit câble comportant, en outre, un fusible, caractérisé en ce que ledit fusible comporte au moins un fil métallique d'une section et d'une longueur prédéterminées, recouvert d'une couche isolante avec des caractéristiques de résistance à la chaleur prédéterminées, lesdites section et/ou longueur et/ou caractéristiques étant pré-déterminées en fonction des paramètres de déperdition de chaleur présentés par le moyen de connexion électrique de façon qu'en fonctionnement normal dudit moyen, le fusible soit soumis à une évacuation de chaleur suffisante pour ne pas provoquer la fusion de son fil métallique et qu'en fonctionnement altéré dudit moyen, l'échauffement de celui-ci provoque la fusion du fil métallique dudit fusible avant que sa couche isolante ne soit détruite.
Selon des caractéristiques additionnelles de la présente invention : - le fil métallique du fusible présente une conductivité thermique élevée et une résistivité dont le coefficient de température est positif, - la section du fil métallique du fusible est telle que la puissance dégagée par effet joule par unité de longueur du fusible est de 25 à 100 fois plus forte que celle du câble, - le moyen de connexion électrique est sous la forme d'une cosse ou d'un écrou, d'une part, fixé sur l'organe électrique et, d'autre part, relié au fusible, - la cosse ou l'écrou est vissé sur ledit organe, - le moyen de connexion électrique est revêtu d'un élément de couverture, tel qu'un manchon ou un couvercle, - le fusible est muni d'au moins un drain thermique à son extrémité reliée au moyen de connexion électrique et à son extrémité reliée au câble proprement dit, - le fil du fusible est un fil de cuivre, - le fusible réalise un dispositif anti-capillarité 35 en interne du câble, disposé entre le moyen de connexion électrique et ledit câble.
L'invention concerne également une installation électrique présentant un organe électrique avec au moins une connexion électrique pour celui-ci, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un tel câble électrique.
En liant le moyen de connexion, par exemple la cosse, à un fusible avec un fil métallique d'une section et d'une longueur prédéterminées et entouré d'un isolant aux caractéristiques de résistance a la chaleur prédéterminées, l'effet technique obtenu est la fusion du fil métallique qui interrompt le courant, sans que l'isolant ne soit détruit, d'où une protection accrue du câble.
L'invention va maintenant être décrite plus en 15 détail mais de façon non limitative en regard des figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en perspective de la connexion d'un câble avec un organe électrique selon l'état de la technique, 20 - la figure 2 est une représentation schématique d'un câble électrique muni d'un moyen de connexion et d'un fusible selon la présente invention.
La figure 1 a déjà été décrite dans la partie 25 introductive de la présente demande. La figure 2 est une représentation schématique d'un câble électrique muni d'un moyen de connexion et d'un fusible selon la présente invention. Cette figure montre un câble 1 électrique destiné à 30 être raccordé à un organe électrique, non montré à cette figure, par un moyen de connexion 3 pouvant être sous la forme d'une cosse. Ce câble 1 est revêtu d'une couche 4a d'isolant. La liaison entre le moyen de connexion 3 et le câble 1 proprement dit est réalisé par le fusible 5 selon 35 la présente invention. A cette figure, le fusible 5 présente un fil métallique central conducteur de courant et recouvert d'une couche d'isolant 4. Pour faciliter la vision du fusible 5, celui-ci a été montré avec une certaine longueur dépassant du moyen de connexion 3. Cependant, il est à noter que la longueur du fusible est variable de même que sa section pour une adaptation aux conditions de fonctionnement de l'ensemble et notamment à l'échauffement du moyen de connexion 3. Le fusible 5 peut aussi être recouvert sur une plus ou moins grande partie de sa longueur par le moyen de connexion 3.
Le fusible 5 sert à la protection du câble 1 contre le phénomène d'emballement de l'échauffement du moyen de connexion 3 entre organe électrique et ce câble 1 d'alimentation électrique. En effet, le contact entre ce moyen de connexion 3 et l'organe électrique dégagera plus de chaleur quand celui-ci est déficient. Le moyen de connexion 3 sert de drain thermique au câble 1 et notamment au fusible 5 reliant le câble 1 au moyen de connexion 3 et, pour un contact normal établi entre lui et l'organe, permettra un dégagement de chaleur empêchant un phénomène d'emballement de se produire. Ce phénomène d'emballement est dû au fait que pour une intensité donnée, la puissance thermique apportée par effet joule croît avec la température à cause du coefficient positif d'évolution de la résistivité du cuivre. Si cette puissance thermique plus importante n'est pas compensée par une dissipation thermique évoluant dans le même sens, mais avec un coefficient plus important que celui du cuivre, la température et la puissance dissipée ne cessent de croître jusqu'à la fusion du cuivre. Le principe de cette protection repose sur la propriété du fil métallique du fusible 5 d'être à la fois un bon conducteur thermique et d'avoir une résistivité dont le coefficient de température est positif. Le fusible 5 est déclenché quand se produit, entre le moyen de connexion 3 et l'organe électrique à alimenter, une émission de chaleur par effet joule trop élevée, celle-ci étant due, notamment, à un mauvais contact avec ledit moyen et l'organe, le drain thermique du moyen de connexion 3 ne permettant plus une évacuation efficace de la chaleur dégagée.
Ainsi, le déclenchement du fusible 5 selon la présente invention, n'est pas initié par une augmentation trop importante de l'apport thermique tout le long de celui-ci. Ce déclenchement ne se produit que quand la fonction de drain thermique n'est pas correctement réalisée par le moyen de connexion 3 avec l'organe, ce qui est représentatif d'un moyen de connexion 3 présentant un contact affaibli ou altéré avec cet organe électrique. En effet, en cas de mauvais contact de ce moyen de connexion 3 avec l'organe, par exemple un mauvais serrage avec l'organe par exemple d'une cosse ou d'un écrou, ces deux éléments représentant alors ce moyen de connexion 3, la résistance de contact due au mauvais serrage va provoquer l'échauffement progressif du moyen de connexion 3 et donc la baisse d'efficacité du drain thermique garanti par ledit moyen. Même avec le courant nominal et donc sans surcharge, le fil du fusible 5 va monter en température et atteindre sa température d'emballement provoquant sa fusion locale et l'interruption de courant.
Ainsi le fusible 5, selon la présente invention, n'est pas seulement opérationnel pour une surcharge en intensité du câble mais aussi pour un échauffement trop prononcé de celui-ci. Ce fusible 5 peut aussi être effectif pour la protection d'un câble 1 avec un moyen de connexion 3 à un organe, la connexion étant susceptible d'être dégradée lors de son utilisation. Ainsi, conformément à la présente invention, le câble électrique 1 destiné à être rattaché à un organe 2 électrique par un moyen de connexion 3 électrique, ce câble 1 étant composé d'au moins un fil métallique formant sa partie conductrice et recouvert d'une partie isolante 4a, ledit câble 1 comportant, en outre, un fusible 5, est caractérisé en ce que ledit fusible 5 comporte au moins un fil métallique d'une section et d'une longueur prédéterminées, recouvert d'une couche isolante 4 avec des caractéristiques de résistance à la chaleur prédéterminées, lesdites section et/ou longueur et/ou caractéristiques étant prédéterminées en fonction des paramètres de déperdition de chaleur présentés par le moyen de connexion 3 électrique de façon qu'en fonctionnement normal dudit moyen soumis à une évacuation de chaleur provoquer la fusion de son fil fonctionnement altéré dudit moyen celui-ci provoque la fusible 5 avant que détruite. Avantageusement,3, le fusible 5 soit suffisante pour ne pas métallique et qu'en 3, l'échauffement de fil métallique dudit isolante 4 ne soit
fusible 5 fusion du sa couche le fil métallique du présente une conductivité thermique élevée et une résistivité dont le coefficient de température est 20 positif. Une mise au point est à effectuer pour optimiser la section et/ou la longueur du fil du fusible 5 et/ou les propriétés de résistance à la chaleur de la couche d'isolant 4 du fusible 5. 25 Les caractéristiques de la couche d'isolant 4 sont telles que celle-ci ne fond pas avant la fusion du fil métallique utilisé. Cette couche d'isolant 4 peut être en polyéthylène chloré fortement ignifugé EPDM pouvant contenir en outre des éléments comme du tri-hydrate 30 d'alumine et/ou du kaolin et/ou du silicium et/ou du talc en un mélange de magnésium et de silicium. Tous les paramètres principaux, longueur du fil, section du fil, résistance à la chaleur de la couche d'isolant 4, paramètres d'échange de chaleur du drain 35 thermique réalisé par le moyen de connexion 3, en marche normale ou en marche altérée, sont à déterminer en correspondance afin que la fusion du fil ne survienne que pour une marche altérée du moyen de connexion 3 avec dégagement de chaleur par effet joule trop important. Seulement pour illustration, pour un câble 1 donné, la section du fusible 5 pourra être de cinq à dix fois moindre que celle du câble. Ainsi, pour un câble de 10 mm2, un fusible 5 pourra présenter une section de 2mm2 ou même 1mm2. Pour un câble 1 de longueur de l'ordre de 20 cm, la longueur du fusible 5 pourra être préférentiellement de 2 à 7 cm. Il est possible qu'une plus ou moins grande partie du fusible 5 soit contenu dans le moyen de connexion 3 et que celui-ci assure une majeure partie de la fonction de drain thermique. Le moyen de connexion 3 électrique peut être sous la forme d'un écrou ou d'une cosse, d'une part, fixé sur l'organe électrique et, d'autre part, relié au fusible 5, notamment par sertissage. Cette cosse ou cet écrou est avantageusement vissé sur ledit organe. Le moyen de connexion 3 électrique peut être revêtu d'un élément de couverture, tel qu'un manchon ou un 20 couvercle. Le fusible 5 peut être muni d'au moins un drain thermique à son extrémité reliée au moyen de connexion électrique 3 et à son extrémité reliée au câble 1 proprement dit. Ces drains thermiques peuvent être 25 réalisés par le moyen de connexion 3 lui-même. Avantageusement, la section dudit fil métallique est telle que la puissance dégagée par effet joule par unité de longueur du fusible 5 est de 25 à 100 fois plus forte que celle du câble 1. En effet, l'intensité du 30 courant dans le fil du fusible 5 est de l'ordre de cinq à dix fois celle utilisée dans le reste du câble 1 protégé par le fusible 5. Avec le courant nominal, la puissance dégagée par unité de longueur dans ce fil est donc de l'ordre de 25 à 100 fois celle dégagée dans le fil 35 conducteur du câble 1, mais l'échauffement local reste très limité du fait des drains thermiques constitués par les liaisons à chaque extrémité du fil du fusible 5, notamment avec le moyen de connexion 3, d'une part, et le câble 1 proprement dit, d'autre part, le câble présentant son fil conducteur à basse densité de courant. En cas de surcharge, la puissance dégagée est encore plus importante et, pour un certain courant, l'échauffement entre les extrémités provoque le phénomène d'emballement bien connu qui conduit à une fusion rapide du fil métallique du fusible 5 entouré de la gaine d'isolant 4, sélectionnée pour résister à cette élévation rapide de température. Le fil métallique du fusible 5 est avantageusement un fil de cuivre, cette matière étant connue pour ses propriétés de conduction thermique et de résistivité avec coefficient de température positif. Ce fil peut être unique ou en brins torsadés. La présente invention concerne aussi une installation électrique présentant un organe électrique avec au moins une connexion électrique pour celui-ci, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un tel câble électrique. Cette installation peut être utilisée dans le domaine de tout câblage et notamment dans le domaine des véhicules automobiles. La présente invention couvre toutes formes d'installations électriques, le fusible selon l'invention présentant un fil en métal de section relativement faible avec un coefficient de température positif, gainé par un isolant à forte résistance à la chaleur, la température de ce fil étant régulé par au moins un drain thermique le liant à un élément susceptible de défaillance ou de contact électrique diminué. La solution proposée par la présente invention est très avantageuse comparée à des solutions connues de l'état de la technique qui utilisent des cosses en deux matières différentes afin de supprimer les risques d'échauffement excessif de ces cosses.
La présente invention fait intervenir la mise en place d'une liaison supplémentaire entre le fil principal du câble et la cosse. Elle présente un intérêt renforcé du fait des nouvelles règles anti-migration d'eau en interne au câble, étant donné que dans le cadre des cosses de masse devant être munies d'un dispositif anticapillarité, cette liaison peut réaliser cette fonction anti-capillarité. Ainsi, le fusible peut réaliser avantageusement le 10 dispositif anti-capillarité disposé entre le moyen de connexion électrique et ledit câble. L'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. 15

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Câble (1) électrique destiné à être rattaché à un organe (2) électrique par un moyen de connexion (3) électrique, ce câble (1) étant composé d'au moins un fil métallique formant sa partie conductrice et recouvert d'une partie isolante (4a), ledit câble (1) comportant, en outre, un fusible (5), caractérisé en ce que ledit fusible (5) comporte au moins un fil métallique d'une section et d'une longueur prédéterminées, recouvert d'une couche isolante (4) avec des caractéristiques de résistance à la chaleur prédéterminées, lesdites section et/ou longueur et/ou caractéristiques étant pré- déterminées en fonction des paramètres de déperdition de chaleur présentés par le moyen de connexion (3) électrique de façon qu'en fonctionnement normal dudit moyen (3), le fusible (5) soit soumis à une évacuation de chaleur suffisante pour ne pas provoquer la fusion de son fil métallique et qu'en fonctionnement altéré dudit moyen (3), l'échauffement de celui-ci provoque la fusion du fil métallique dudit fusible (5) avant que sa couche isolante (4) ne soit détruite.
  2. 2. Câble (1) électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil métallique du fusible (5) présente une conductivité thermique élevée et une résistivité dont le coefficient de température est positif.
  3. 3. Câble (1) électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la section du fil métallique du fusible (5) est telle que la puissance dégagée par effet joule par unité de longueur du fusible (5) est de 25 à 100 fois plus forte que celle du câble (1).
  4. 4. Câble (1) électrique selon l'une quelconque des 35 revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de connexion (3) électrique est sous la forme d'unecosse ou d'un écrou, d'une part, fixé sur l'organe (2) électrique et, d'autre part, relié au fusible (5).
  5. 5. Câble (1) électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cosse ou l'écrou (3) est vissé sur ledit organe (2).
  6. 6. Câble (1) électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de connexion (3) électrique est revêtu d'un élément de couverture, tel qu'un manchon ou un couvercle.
  7. 7. Câble (1) électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fusible (5) est muni d'au moins un drain thermique à son extrémité reliée au moyen de connexion (3) électrique et à son extrémité reliée au câble (1) proprement dit.
  8. 8. Câble (1) électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil du fusible (5) est un fil de cuivre.
  9. 9. Câble (1) électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fusible (5) réalise un dispositif anti-capillarité en interne du câble (1), disposé entre le moyen de connexion (3) électrique et ledit câble (1).
  10. 10. Installation électrique présentant un organe (2) électrique avec au moins une connexion électrique pour celui-ci, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un câble (1) électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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