WO1981001770A1 - Perfectionnements aux dispositifs de coupure a conducteur destructible par effet pyrotechnique avec systeme fusible en derivation - Google Patents

Perfectionnements aux dispositifs de coupure a conducteur destructible par effet pyrotechnique avec systeme fusible en derivation Download PDF

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J Cinquin
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J Cinquin
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    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/006—Opening by severing a conductor

Definitions

  • a device for ultra-rapid cutting of an electrical circuit, in which an insulating member forming a punching piston is repelled by a pyrotechnic charge so as to cut off a destructible electrical conductor.
  • the displacement of this piston is generally transverse with respect to the conductor, but it can also be provided for longitudinally.
  • the destructible conductor comprises an upstream part having the form of a socket in which the punching piston slides, the external face of the bottom of this socket being extended by an intermediate part which engages in friction in the bore of a downstream part disposed at a certain distance from this bottom, the three parts being co-axial with one another.
  • the punching piston cuts the bottom of the sleeve to separate the intermediate part, which it pushes back into the bore of the downstream part.
  • the invention aims to improve devices of this kind.
  • the intermediate part is in one piece with the downstream part to which it is connected by an annular zone with a small section, so that the whole of the destructible conductor constitutes only a single part.
  • FIG. l is a general axial section of a device according to the invention in its normal closed circuit position.
  • FIG. 2 partially reproduced in fig. 1, but showing the parts in the open position of the circuit.
  • the device shown in fig. 1 comprises a destructible conductor 1 having the shape of a substantially cylindrical body which can be divided into three parts starting from the left, namely an upstream part la_ in the form of a socket, then an intermediate part 1b whose diameter is found reduced to a considerable extent by an annular groove l £ and finally a downstream part ld_ comprising a blind bore le_ of diameter barely greater than that of the intermediate part lb.
  • the upstream part la_ delimits a cylindrical interior space whose bottom lf_ is in the form of a flared cone with a central cylindrical depression l £ of shallow depth and of diameter slightly smaller than that of the intermediate part lb_.
  • the arrangement is such that this depression leaves only a connecting zone lh with a small section between this part lb_ and the upstream part la_.
  • the wall of the cylindrical interior space of the upstream part 1a is coated with a sleeve 2 of small thickness, made of insulating material.
  • a sleeve 2 of small thickness made of insulating material.
  • a laminated insulating material piston 3 h whose non-thermoplastic strength, whose face turned towards the bottom of said space is shaped to match the profile thereof, namely with a frustoconical surface 3a_ and a central cylindrical boss 3b_, it being however noted that the length of this boss is notably greater than the depth of the depression l.
  • the piston 3 is normally completely pushed back to the left so that its boss 3b_ touches the bottom of the depression lg, so that an empty space 4 of appreciable width is provided between the frustoconical surfaces facing the bottom of the part la_ and of this piston 3.
  • the face of the piston 3 opposite the boss 3b_ is hollowed out with a blind bore 3 £ in which is engaged one of the ends of a pyrotechnic engine 5.
  • the latter comprises a metallic main body 5a_ containing the pyrotechnic charge as such, properly speaking, a piston 5b which protrudes from this body to come to the bottom of the bo-gne bore 3ç_ and at its opposite end a head 5 to which lead the electrical ignition conductors 6.
  • the body 5a_ is provided with a rib or flange 5d against which bears a ring 7 in thermosetting material clamped by the inner rim of a metal crown 8 screwed into the threaded outlet of the upstream part 1a.
  • the intermediate part lb_ is pierced axially with a tapped hole into which is screwed the end of a rod 9 which extends in the blind bore le_ of the downstream part ld_.
  • the outlet of this bore is internally threaded to receive a metal plug 10 pierced with an axial bore 10a_ with a small cone angle converging towards the outside, this bore receiving the end 9a_ of the rod 9, provided at a cone angle identical.
  • the groove l £ which defines the intermediate part lb_ is closed by a sleeve 11 extending on either side thereof over a fraction of the length of the upstream and downstream parts la. and ld_.
  • This sleeve is made of thermosetting material reinforced with glass fibers so as to have a high mechanical tensile strength in the longitudinal direction.
  • the sleeve 11 can be provided and mounted so as to close the groove l £ in a perfectly sealed manner, if desired.
  • the device finally comprises several fuse cartridges 13 regularly arranged around the sleeve 11.
  • the number of these cartridges can vary depending on the case, the essential being only that there are at least two of them
  • the ends of these cartridges are fitted with metal contact brackets 14, the horizontal branch of which is permanently fixed to the upstream and downstream parts la and ld_ of the destructible conductor 1 beyond the sleeve 11 by screws 15.
  • the device To use the device that has just been described, it is mounted on a suitable support by means of metal clamps from around the ends of the upstream and downstream parts. and ld_ to constitute circuiting terminals.
  • the current normally passes almost entirely through the intermediate part lb whose resistance ohmic is significantly lower than that of all of the cartridges 13 which are therefore crossed only by a very small fraction of the intensity thereof and do not undergo any appreciable heating.
  • the wires 6 being connected to an appropriate control device, for example to an overcurrent detector, when the latter sends a signal, the charge contained by the motor 5 explodes. The.
  • the annular chamber or sectioning chamber 16 defined by the annular groove l £ remains isolated from the outside and therefore it can not form there a surface deposit of dust or other impurities likely to carry out a path of passage between the upstream and downstream parts. and ld_ during the overvoltage which follows the operation of the cartridges 13. It is even possible, if desired, to fill this chamber 16 with a suitable solid, liquid, or even gas capable of opposing any arc formation during such an overvoltage.
  • the first is balanced by the opposite reaction applied to the ring 7.
  • the second it is theoretically supported by the sleeve 11. But experience shows that the shear phenomenon is so short that the inertia of the mass of the downstream part ld_ is practically enough to resist it (in other words, if the studs 12 are able to tear the sleeve 11 locally, this only appears over a negligible length of the latter and does not modify anything in operation ).
  • this ring of cartridges can be produced in a thick insulating sleeve attached to the sleeve 11 of FIG. 1 and 2.

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Abstract

Lorsque la cartouche ou moteur pyrotechnique (5) est mis en action par allumage electrique a partir de sa tete (5c), elle repousse le piston isolant (3) qui separe par cisaillement la partie intermediaire de liaison (1b) du conducteur destructible (1) et la repousse dans l'alesage (1 e) avec la tige (9) dont l'extremite conique (9a) vient se coincer dans le bouchon (10) pour former frein. Les cartouches fusibles (13) coupent alors le circuit en toute securite. Application a la coupure de circuits electriques, par exemple sous l'effet de detecteurs de surintensite.

Description

Perfectionnements aux dispositifs de coupure à conducteur des¬ tructible par effet pyrotechnique avec système fusible en déri¬ vation -
On connaît un dispositif de coupure ultra-rapide d'un circuit électrique, dans lequel un organe isolant formant piston poinçonneur est repoussé par une charge pyrotechnique de façon I sectionner un conducteur électrique destructible. Le déplacement de ce piston est généralement transversal par rappport au conducteur, mais on peut également le prévoir longitudinal. En pareil cas le conducteur destructible comprend une partie amont présentant la forme d'une douille dans laquelle le piston poinçonneur coulisse, la face extérieure du fond de cette douille se prolongeant par une partie intermédiaire qui s'engage à frottement dans l'alésage d'une partie aval disposée à un certain écartement de ce fond, les trois parties étant co-axiales les unes aux autres. Lors de l'explosion de la charge le piston poinçonneur découpe le fond de la douille pour en séparer la partie intermé iaire qu'il repousse dans l'alésage de la partie aval.
L'invention vise à perfectionner les dispositifs de ce genre.
Conformément à l'invention la partie intermédiaire est d'une seule pièce avec la partie aval à laquelle elle est reliée par une zone annulaire à faible section, de sorte que tout l'ensemble du conducteur destructible ne constitue qu'une pièce unique.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer : Fig. l.est une coupe axiale générale d'un dispositif suivant l'invention à sa position normale de circuit fermé.
Fig. 2 reproduit partiellement fig. 1, mais en montrant les pièces à la position d'ouverture du circuit.
Le dispositif représenté en fig. 1 comprend un conducteur destructible 1 présentant la forme d'un corps substantiellement cylindrique qu'on peut diviser en trois parties en partant de la gauche, savoir une partie amont la_ en forme de douille, puis une partie intermédiaire lb dont le diamètre se trouve réduit dans une mesure considérable par une gorge annulaire l£ et enfin une partie aval ld_ comportant un alésage borgne le_ de diamètre à peine supérieur à celui de la partie intermé¬ diaire lb. La partie amont la_ "délimite un espace intérieur cylindriq dont le fond lf_ est en forme de tronc de cône évasé avec une dépression centrale cylindrique l£ de faible profondeur et de diamètre légèrement inférieur à celui de la partie intermé¬ diaire lb_. L'agencement est tel que cette dépression ne laisse subsister qu'une zone de liaison lh à faible section entre cette partie lb_ et la partie amont la_.
De même d'ailleurs le fond de l'alésage borgne le_ de la partie aval ld_ ne ménage entre cette partie et celle intermé¬ diaire lb_ qu'une zone de liaison l_i à section relativement faible.
La paroi de l'espace intérieur cylindrique de la partie amont la est revêtue par un manchon 2 de faible épaisseur, fait en matière isolante. Dans ce manchon est monté à coulisse- ent un piston 3 en matière isolante stratifiée à h'aute résistance mécanique non thermoplastique, dont la face tournée vers le fond dudit espace est conformée de façon à correspondre au profil de celui-ci, savoir avec une surface tronconique 3a_ et un bossage central cylindrique 3b_, étant toutefois noté que la longueur de ce bossage est notablement supérieure à la profondeur de la dépression l . Le piston 3 est normalement complètement repoussé à gauche de manière que son bossage 3b_ touche le fond de la dépression lg, de sorte qu'un espace vide 4 de largeur notable est ménagé entre les surfaces tronconiques en regard du fond de la partie la_ et de ce piston 3.
La face du piston 3 opposée au bossage 3b_ est creusée d'un alésage borgne 3£ dans lequel est engagée l'une des extrémités d'un moteur pyrotechnique 5. Ce dernier comporte un corps principal métallique 5a_ renfermant la charge pyrotechn que proprement dite, un piston 5b qui dépasse de ce corps pour venir au fond de l'alésage bo-gne 3ç_ et à son extrémité opposée une tête 5 à laquelle aboutissent les conducteurs 6 d'allumage électrique. Le corps 5a_ est pourvu d'une nervure ou bride 5d contre laquelle prend appui une bague 7 en matière thermodurcissable serrée par le rebord intérieur d'une couronne métallique 8 vissée dans le débouché fileté de la partie amont la.
La partie intermédiaire lb_ est percée axialement d'un trou taraudé dans lequel est vissée l'extrémité d'une tige 9 qui s'étend dans l'alésage borgne le_ de la partie aval ld_. Le débouché de cet alésage est fileté intérieurement pour recevoir un bouchon métallique 10 percé d'un alésage axial 10a_ à faible angle de cône convergeant vers l'extérieur, cet alésage recevant l'extrémité 9a_ de la tige 9, prévue à un angle de cône identique.
La gorge l£ qui définit la partie intermédiaire lb_ est fermée par un manchon 11 s'étendant de part et d'autre de celle-ci sur une fraction de la longueur des parties amont et aval la. et ld_. Ce manchon est fait en matière thermodurcissa¬ ble armée de fibres de verre de façon à comporter une grande résistance mécanique à la traction dans le sens longitudinal. Il est amarré aux parties amont et aval précitées" par le moyen de goujons métallique 12 dont les extrémités opposées à l'axe du conducteur 1 sont recouvertes par la matière constitutive du manchon ou par un revêtement rapporté, le tout de façon que ces goujons soient maintenus en place et isolés de l'atmosphère extérieure. Il convient de noter que le manchon 11 peut être prévu et monté de manière à fermer la gorge l£ de façon parfaitement étanche, si on le désire. Le dispositif comprend enfin plusieurs cartouches fusibles 13 disposées régulièrement autour du manchon 11. Le nombre de ces cartouches peut varier suivant les cas, l'essen¬ tiel étant seulement qu'il y en ait au moins deux. Les extrémités de ces cartouches sont équipées d'équerres métalli¬ ques de contact 14 dont la branche horizontale est fixée à demeure aux parties amont et aval la et ld_ du conducteur destructible 1 au-delà du manchon 11 par des vis 15.
Pour utiliser le dispositif qu'on vient de décrire, on le monte sur un support approprié par le moyen de colliers métalliques de serrage venant entourer les extrémités des parties amont et aval la. et ld_ pour constituer bornes de mise en circuit. Le courant passe normalement en presque totalité par la partie intermédiaire lb dont la résistance ohmique est nettement inférieure à celle de l'ensemble des cartouches 13 qui ne sont donc traversées que par une très faible fraction de l'intensité de celui-ci et ne subissent aucun ëchauffement appréciable. Les fils 6 étant reliés à un appareil de commande approprié, par exemple à un détecteur de surintensité, lorsque celui-ci envoie un signal, la charge renfermée par le moteur 5 explose. Le. piston intérieur 5b_ de ce moteur est donc repoussé vers la gauche et la force qui lui est appliquée est suffisante pour que le bossage 3b, agissant à la façon d'un poinçon, cisaille les zones de liaison l] et li_ de la zone intermédiaire 11D avec les parties la_ et ld. On arrive ainsi à la position indiquée en fig. 2 : la partie intermé¬ diaire lb_, séparée des parties la_ et ld_ précitées, a été repoussëe dans l'alésage le_ de la partie aval ld_, tandis que la face gauche tronconique 3a_ du piston isolant 3 est venue s'appliquer à la façon d'un clapet contre le fond de forme correspondante l_f de l'intérieur de la partie amont lia en faisant disparaître l'espace vide 4 (l'air qui remplissait ce dernier s'étant évacué par les défauts d'étanchéité du piston). En même temps la tige 9 a quelque peu cheminé à force dans le bouchon 10 moyennant une très légère dilatation de celui-ci, en réalisant ainsi un effet de freinage qui empêche la partie intermédiaire lb_ d'être projetée à l'extérie â la façon d'un projectile.
Le passage du courant à travers le conducteur destructibl est donc coupé et toute l'intensité circule dans les cartouche 13 qui, prévues pour une limite de courant beaucoup plus faible, sautent presque instantanément en interrompant définitivement le circuit.
Par suite de la présence du manchon entourant 11, la chambre annulaire ou chambre de sectionnement 16 définie par la gorge annulaire l£ reste isolée de l'extérieur et par conséquent il ne peut s'y former un dépôt superficiel de poussières ou autres impuretés susceptibles de réaliser un trajet de cheminement entre les parties amont et aval la. et ld_ lors de la surtension qui suit le fonctionnement des cartouches 13. On peut même, si désiré, remplir cette chambre 16 d'une matière appropriée solide, liquide, voire même gazeuse propre à s'opposer à toute formation d'arc lors d'une telle surtension.
En second lieu, en raison de l'effet de clapet résultant de l'application quasi-étanche du piston 3 contre le fond de la partie amont la_, les gaz provenant de l'explosion de la charge pyrotechnique ne peuvent accéder à la chambre 16 pour y provoquer des phénomènes d'ionisation quelconques susceptibles de provoquer l'amorçage d'un arc et cela même si le corps 5a_ du moteur a éclaté. L'évacuation de ces gaz ne peut s'effectuer que par les défauts d'étanchéité entre les pièces qui ferment à droite l'espace intérieur de la partie la_. Bien.entendu rien n'interdit d'exagérer éventuellement ces défauts par des rainures, des orifices calibrés, etc.. si on le juge nécessaire. On notera que le cisaillement de la partie intermédiaire lb entraîne deux réactions respectivement sur la partie amont lai et sur celle ld^. La première est équilibrée par la réaction en sens inverse appliquée à la bague 7. Quant à la seconde, elle est théoriquement supportée par le manchon 11. Mais l'expérience montre que le phénomène de cisaillement est de si courte durée que l'inertie de la masse de la partie aval ld_ suffit pratiquement à lui résister (en d'autres termes, si les goujons 12 arrivent à déchirer localement le manchon 11, cela n'apparaît que sur une longueur négligeable de celui-ci et ne modifie rien au fonctionnement) .
Enfin en raison de la répartition régulière des cartouches 13 autour du conducteur destructible 1, la brusque dérivation de la totalité de l'intensité à travers celles-ci ne fait apparaître aucun effet notable de self-induction, de sorte qu'il n'y a pas génération d'une surtension notable lors de la coupure du conducteur précité.
Pour réduire l'encombrement de l'ensemble du dispositif et le rendre plus compact, on peut incorporer les cartouches fusibles 13 à la périphérie du manchon 11. En pareil cas on réalise ce manchon à forte épaisseur et l'on prévoit dans cette épaisseur des alésages longitudinaux à l'intérieur desquels on peut réaliser les cartouches en y disposant des fusibles avec une masse de matière d'extinction d'arc et en fermant le tout par deux têtes métalliques, à la façon bien
OMPI connue dans la technique. En variante on peut réaliser cette couronne de cartouches dans un manchon isolant épais rapporté sur le manchon 11 de fig. 1 et 2.
Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirai pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Dispositif de coupure ultra-rapide d'un circuit électrique, du genre comportant un conducteur destructible
5 qui comprend une partie amont présentant la forme d'une douille dans laquelle un piston poinçonneur peut coulisser sous l'effet d'une charge pyrotechnique, la face extérieure du fond de cette douille se prolongeant par une partie intermédiaire arrachable, de forme substantiellement cylindrique,
10 elle-même réliée électriquement à une partie aval située â un certain écarte ent de la partie amont et percée d'un alésage dans lequel la partie intermédiaire peut coulisser après avoir été arrachée de la partie amont, caractérisé en c< que la partie intermédiaire (11D) est d'une seule pièce
15 avec la partie aval (ld) à laquelle est reliée par une zone annulaire (l_i) à faible section, de sorte que tout l'ensemble du conducteur destructible ne constitue qu'une pièce unique.
2. Dispositif suivant la revendication 1, dans lequel la- partie amont et la partie intermédiaire du conducteur
20 destructible sont co-axiales, caractérisé en ce que la partie intermédiaire (lb_), présente un diamètre extérieur notablement inférieur au diamètre intérieur de la partie amont (la) ,. et en ce que le piston poinçonneur (3) comporte sur sa face tournée vers le fond de cette partie amont ( la)
25 un bossage central cylindrique de diamètre à peu près égal à celui de la partie intermédiaire (lb_).
3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la partie du piston (3) qui entoure le bossage central (3b_) de celui-ci est conformée de manière à s'appliquer
•30 de façon substantiellement êtanche contre le fond (l_f) de la partie amont (la_) de façon à empêcher les gaz engendrés par l'explosion de la charge pyrotechnique (5) d'accéder au point de rupture entre ladite partie amont (la_) et la partie intermédiaire (lb) .
35 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que la gorge annulaire (l£) déterminée par la réduction de diamètre du conducteur destructi¬ ble (1) au droit de la partie intermédiaire (lb) est entouré de façon substantiellement êtanche par un manchon isolant , (11) qui délimite ainsi une chambre de sectionnement (16).
5. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de sectionnement (16) renferme une substance s'opposant à l'amorçage d'un arc.
6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce qu'à la partie intermédiaire (lb_) est fixée une tige axiale (9) qui traverse un bouchon (10) de guidage et de retenue monté dans le débouché de l'alésage borgne de la partie aval (ld_).
7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la tige (9) et la perforation centrale correspondant (10a_) du bouchon (10) sont légèrement coniques de manière à assurer le freinage progressif de la partie intermédiaire (lb).
8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, comportant un système fusible monté en parallèl sur lui, caractérisé en ce que ce système est constitué par des cartouches à fusibles (13) disposées en cercle autour du conducteur destructible (1) . v 9. Dispositif suivant l'ensemble des revendications 4 et 8, caractérisé en ce que les cartouches à fusibles (13) sont établies dans des alésages pratiqués dans l'épaisseur du manchon isolant (11) qui entoure le conducteur destructible
(D.
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