WO2020260382A1 - Coupe-circuit électrique - Google Patents

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WO2020260382A1
WO2020260382A1 PCT/EP2020/067682 EP2020067682W WO2020260382A1 WO 2020260382 A1 WO2020260382 A1 WO 2020260382A1 EP 2020067682 W EP2020067682 W EP 2020067682W WO 2020260382 A1 WO2020260382 A1 WO 2020260382A1
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WO
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circuit breaker
extinguishing chamber
fuse
electrode
wall
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/067682
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Antoine Gerlaud
Guillaume LEMMEL
Jean-François OEUVRARD
Original Assignee
Mersen France Sb Sas
Arianegroup Sas
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Publication date
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Priority to JP2021577163A priority patent/JP2022538172A/ja
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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
    • H01H39/006—Opening by severing a conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/0241—Structural association of a fuse and another component or apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
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    • H01H2039/008—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current using the switch for a battery cutoff

Definitions

  • TITLE Electrical circuit breaker
  • the present invention relates to an electrical circuit breaker.
  • electrical circuit breakers are used to interrupt an electrical current, for example to disconnect an electrical load from an electrical circuit in response to a cut command.
  • such a circuit breaker should have a wide operating range, i.e. it should be able to interrupt low current electrical currents (e.g. less than 100 A at 1000 V DC) , or even to open a circuit in the absence of current, as well as to interrupt electrical currents of high intensity (e.g. up to 30 kA), whether in electrical circuits of very low inductance (eg 3 mH or less) or in high inductance electrical circuits (eg 100 mH or more).
  • low current electrical currents e.g. less than 100 A at 1000 V DC
  • high intensity e.g. up to 30 kA
  • the fuse takes longer to completely melt, in particular because the pre-arcing time of the fuse depends on the intensity of the fuse. current to be interrupted.
  • the fuse is sized for high currents, it will take longer to completely melt when it is crossed by low currents. All the while, the current will continue to flow at inside the pyrotechnic switch and the electrical load will continue to be supplied, despite the cut-off order.
  • the fuse is dimensioned for low intensity currents, there is a risk that the fuse will melt too quickly when it is crossed by high intensity currents, which will not allow the gases present in the switch to cool. and deionize, which can lead to the reestablishment of an electric arc between the cut portions of the conductor in the pyrotechnic switch. The current can then no longer be interrupted, which can damage the electrical load and / or the circuit breaker itself, to the point of leading to the destruction of the circuit breaker.
  • an electrical circuit breaker comprises:
  • a switch configured to separate the first terminal from the second terminal when it is triggered in response to a power cut order
  • the arc extinguishing chamber delimited by a body of the circuit breaker, the arc extinguishing chamber being configured to receive, after triggering of the pyrotechnic switch, a portion of the electrical conductor being separated at least from the first terminal or second terminal;
  • the circuit breaker comprises a connection device comprising a barrier configured to be broken after tripping of the switch only when at least one or the other of the temperature, or of the pressure inside the chamber arc extinction, or the intensity of an electric arc present in the arc extinguishing chamber exceeds a predefined threshold, the connection device being configured to connect an electrode of the fuse to one of the terminals of the electrical conductor only after the barrier is broken.
  • the combination of the fuse and the device provides a rapid response and a wide operating range.
  • the barrier allows a threshold to be introduced from which the current is diverted to the fuse.
  • the threshold required to break the barrier and thereby connect the fuse indirectly depends on the strength of the electric current to be interrupted and can be controlled by choosing certain characteristics of the barrier when manufacturing the circuit breaker.
  • the threshold from which the fuse is connected after tripping of the switch automatically adapts according to the conditions that prevail inside the arc extinguishing chamber. Thanks to this adaptation, for currents below the defined threshold, the switch opens the circuit without the intervention of the fuse; for currents above the defined threshold, the fuse is connected in parallel with the switch.
  • the time required for the fuse to melt allows the cooling and deionization of the gases present in the interrupter chamber of the switch. When the fuse blows, an electric arc appears and expands within it, which stops the flow of current. Thanks to this adaptation, the same fuse can be used to interrupt both high intensity and low intensity currents.
  • such an electrical circuit breaker can incorporate one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically admissible combination:
  • At least one electrode of the fuse extends inside the arc extinguishing chamber, the barrier being an electrically insulating barrier which separates said at least one electrode from the rest of the arc extinguishing chamber.
  • the insulating barrier has a wall which defines a volume around said at least one electrode of the fuse in the arc extinguishing chamber.
  • the wall is electrically insulating.
  • the wall is configured to melt when the temperature in the arc extinguishing chamber exceeds a preset threshold.
  • the wall has a pre-cut area configured to detach and form an opening in the wall when the pressure in the arc extinguishing chamber exceeds a predefined threshold.
  • the insulating barrier comprises an electrically insulating coating deposited on said at least one electrode of the fuse in the arc extinguishing chamber, this coating being configured to melt when the temperature in the arc extinguishing chamber exceeds a predefined threshold.
  • the wall or coating is covered with at least one electrically conductive outer layer.
  • the wall is made of metal.
  • the wall is configured to deform when the pressure in the arc extinguishing chamber exceeds a predefined threshold, until it comes into contact against the free end of said at least one electrode.
  • the free end of said at least one electrode is configured to perforate the wall when the wall deforms and comes into contact with said free end.
  • the wall has a pre-cut area configured to detach and form an opening in the wall when the pressure in the arc extinguishing chamber exceeds a predefined threshold.
  • the circuit breaker has a control circuit, a sensor for measuring a condition inside the arc extinguishing chamber, and an auxiliary actuator configured to break the insulating barrier and in which the control circuit is configured to trip. the auxiliary actuator when a physical quantity measured by the sensor exceeds a threshold value.
  • the circuit breaker has an additional fuse configured to be electrically connected between the first and second terminals after the switch has tripped, at least one electrode of the additional fuse extending inside the arc extinguishing chamber , the circuit breaker further comprising an additional electrically insulating barrier which separates said electrode of the additional fuse from the rest of the arc extinguishing chamber, said barrier being configured to be broken after tripping of the switch only when minus either of the temperature, or pressure inside the arc extinguishing chamber, or the intensity of an electric arc present in the arc extinguishing chamber exceeds a predefined threshold, this threshold being different from the tripping threshold associated with the insulating barrier of the other fuse.
  • the circuit breaker has an additional electrical conductor connected to one of the terminals of the electrical conductor, the additional electrical conductor being isolated from the arc extinguishing chamber and having a free end which opens into the volume delimited by the wall.
  • connection device comprises a movable electrically conductive part movable between a rest position and an energized position in which it electrically connects said electrode of the fuse with said terminal, the movable part being slidably mounted in a housing of the circuit breaker, the barrier being arranged to separate the arc extinguishing chamber from the housing and being configured to rupture when the predefined threshold is exceeded.
  • the switch is a pyrotechnic switch.
  • Figure 1 is a schematic representation, in a sectional view, of an electrical circuit breaker according to a first embodiment of the invention, illustrated in a first state;
  • Figure 2 is a schematic representation of the electrical circuit breaker of Figure 1, illustrated in a second state;
  • Figure 3 is a schematic representation, in a sectional view, of an electrical circuit breaker according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a schematic representation, in a sectional view, of an electrical circuit breaker according to a third embodiment of the invention.
  • Figure 5 is a schematic representation, in a sectional view, of the circuit breaker of Figure 4 illustrated in a second state;
  • Figure 6 is a schematic representation, in a sectional view, of an electrical circuit breaker according to a fourth embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a schematic representation, in a sectional view, of an electrical circuit breaker according to a fifth embodiment of the invention.
  • Figure 8 is a schematic representation, in a sectional view, of an electrical circuit breaker according to a sixth embodiment of the invention
  • Figure 9 is a schematic representation, in a sectional view, of an electrical circuit breaker according to a seventh embodiment of the invention
  • Figure 10 is a schematic representation, in a sectional view, of an electrical circuit breaker according to an eighth embodiment of the invention.
  • Figure 1 1 is a schematic representation, in a sectional view, of the electrical circuit breaker of Figure 6 according to another embodiment
  • Figure 12 is a schematic representation of two electrical circuit breakers connected in series.
  • Figures 1 and 2 show an electrical circuit breaker 2.
  • the circuit breaker 2 is suitable for use in an electrical system to protect an electrical load connected to an electrical power source.
  • circuit breaker 2 is more particularly configured to disconnect an electrical load in response to a control command, for example when an electrical fault is detected in the electrical system.
  • the circuit breaker 2 can be used to protect an electrochemical accumulator battery or a photovoltaic panel.
  • control command can be provided automatically by a trigger, or by an electronic control system, or manually by an operator.
  • Circuit breaker 2 comprises an electrical conductor 10 comprising a first terminal 12 and a second terminal 14, which respectively form input and output terminals of circuit breaker 2.
  • conductor 10 is a bar or a tab. made of metallic material, such as copper.
  • the circuit breaker 2 is switchable from a first state, also called “closed state” or “armed state”, to a second state, also called “open state” or triggered state ”.
  • the circuit breaker 2 allows the flow of an electric current through the electrical conductor 10.
  • the first terminal 12 and the second terminal 14 are electrically connected by a main part 16 of the conductor 10.
  • Circuit breaker 2 also includes a switch 20.
  • the switch 20 is a pyrotechnic switch including a pyrotechnic actuator 22 and a cut-off member 24, housed in a first part of a housing of the device. circuit breaker 2.
  • the disconnect device 24 is configured to separate the first terminal 12 from the second terminal 14 in response to the activation of the actuator 22.
  • the member 24 comprises, for example, a cutting element, such as a blade or a guillotine or a punch, configured to cut the conductor 10, or a movable body configured to push a precut or weakened portion of the conductor 10.
  • a cutting element such as a blade or a guillotine or a punch
  • the switch 24 is movable by translation between a retracted position and a deployed position. In the figures, the cut-off member 24 is only visible in its deployed position.
  • the actuator 22 comprises a pyrotechnic charge which can be triggered by the application of a control signal and whose operation propels the cut-off device 24 to its deployed position to cut the conductor 10.
  • a gasket 26 or other sealing means may be carried by the cutoff member 24 to hermetically seal the first housing part.
  • the switch 20 may be an electromechanical electrical switching device, comprising for example moving parts such as separable electrical contacts actuable by means of an actuation mechanism. These moving parts then replace the breaking member 24 and the portion 16 of the electrical conductor 10.
  • the circuit breaker 2 also comprises an arc extinguishing chamber 32 partly delimited by a second part 30 of the circuit breaker housing 2.
  • the chamber 32 is associated with the electrical conductor 10 and participates in the interruption of the electric current between the first terminal 12 and the second terminal 14 when the circuit breaker 2 is switched from the closed state to the open state.
  • the main portion 16 is separated at least from the first terminal 12 or from the second terminal 14 and is located at least in part inside the chamber 32.
  • part 16 is detached from terminal 14 but remains attached to terminal 12.
  • part 16 could be completely separated from the two terminals 12 and 14.
  • the first and second housing parts are joined and aligned in a first direction, for example a vertical direction and the conductor 10 extends in a second direction perpendicular to the first direction, for example in a horizontal direction.
  • other configurations can alternatively be used.
  • the housing is made of an electrically insulating material, such as a polymer.
  • the circuit breaker 2 further comprises a fuse 40 arranged to be electrically connected in series between the first terminal 12 and the second terminal 14 after tripping of the switch, as explained in more detail below.
  • fuse 40 In the closed state, fuse 40 remains disconnected from terminal 12. In the example shown, the other end of fuse 40 remains permanently connected to terminal 14.
  • the fuse 40 has at least one electrode 42 extending within the internal volume defined by the housing portion 30 delimiting the extinguishing chamber 32.
  • a second electrode 44 of the fuse 40 is connected to one of the terminals 12 or 14 of the conductor.
  • the free end of the electrode 42 protruding into the chamber 32 here bears the reference "46".
  • the free end 46 corresponds to the portion of the electrode 42 which is inside the chamber 32.
  • connection of the fuse 40 to the other terminal of the conductor 10 can therefore only be done by means of the extinguishing chamber 32, either by placing the electrode 42 in direct contact with said terminal, or by the intermediate of an electric arc A 'between said terminal 12 and electrode 42.
  • the term “fuse” denotes here any component, such as a dipole, capable of dissipating energy to interrupt an electric current. crossing.
  • the fuse 40 may include at least one fuse blade arranged in a fuse body.
  • the circuit breaker 2 further comprises a connection device comprising an electrically insulating barrier which separates said at least one electrode 42 from the rest of the arc extinguishing chamber 32.
  • the electrically insulating barrier comprises a wall 50 which delimits a closed volume 52 within the extinguishing chamber 32.
  • the volume 52 is filled. from an electrically insulating medium, such as air or vacuum.
  • the barrier can be made differently.
  • the barrier is configured to be broken after the triggering of the switch 22 only when at least one or the other of the temperature or the pressure inside the extinguishing chamber.
  • the electrode 42 can only be connected to the conductor 10 (in this case, to the terminal 12 in the example of FIG. 2) once the barrier is broken, in particular under the direct or indirect effect of the electric arc A, for example due to heating and / or erosion and / or an increase in pressure of the ionized gases generated by electric arc A.
  • the electric arc A disappears and the connection is then made by means of a second electric arc A 'established between the electrode 42 and the end 16 of terminal 12.
  • connection device is configured to connect electrode 42 to terminal 12 only after the barrier is broken.
  • This connection device implemented by the insulating barrier in the illustrated embodiments, makes it possible to introduce a delay (a delay) between the instant when the actuating device is triggered and the instant when the current to be interrupted is deflected. to fuse 40.
  • the value of this delay can be at least partially controlled by choosing barrier construction parameters. In the remainder of this description, this delay may be called "threshold".
  • the threshold required to break the barrier and thus connect the fuse 40 indirectly depends on the intensity of the electric current to be interrupted and can be controlled by choosing certain characteristics of the barrier, such as the melting or sublimation temperature of the material used to form the wall 50 and / or the mechanical strength of the wall 50 and / or the dimensional characteristics of the wall 50 and / or the volume 52.
  • the threshold from which the fuse is connected after the triggering of the pyrotechnic device automatically adapts according to the conditions prevailing inside the arc extinguishing chamber. Thanks to this adaptation, the same fuse can be used both to interrupt high intensity and low intensity currents.
  • the threshold from which the fuse is connected has not been reached.
  • the switch operates on its own, the fuse is never connected to terminal 12. This allows for a rapid interruption of the electrical current.
  • the threshold from which the fuse is connected has been exceeded.
  • the fuse is then sized to have a sufficiently long pre-arcing time, in order to allow the gases in chamber 32 to cool and deionize.
  • the wall 50 can be a fusible wall which is destroyed by melting or by sublimation above a predefined temperature, or a wall which deforms or breaks above a predefined temperature. 'a preset pressure.
  • the wall 50 is in an electrically insulating material.
  • the wall 50 therefore electrically insulates the electrode 42 (for example, at least the portion of the electrode 42 which is inside the chamber 32) from the rest of the chamber 32.
  • the insulating properties of the barrier are therefore due the insulating properties of the barrier 50, although the volume 52 of air or vacuum can also participate in this insulation.
  • the volume 52 can however be omitted when the wall 50 is sufficiently insulating.
  • the electrical insulating properties of the barrier derive from the electrically insulating properties of the volume 52 of air or vacuum, the wall 50 then only serving to contain this volume 52 and to keep it separate. the remainder of the extinguishing chamber 32 until the wall 50 is ruptured.
  • the wall 50 may be made of an electrically conductive material, for example of metal, the volume 52 being dimensioned in itself to electrically isolate the electrode 42 from the rest of the chamber 32 and from the wall 50.
  • the setting in contact with the electrode 42 is ensured not by breaking the wall 50, but by deforming the wall 50 until it comes into direct contact with the end 46 of the electrode 42 so as to be electrically in contact with the electrode 42. contact with the latter.
  • An electrical connection between the fuse 40 and the conductor 10 can then be established by the electric arc A 'which is established between the wall 50 and the terminal 16.
  • the fusible wall 50 is made of polymer, for example of polyamide or of polypropylene or of polyimide, or of elastomer, or of polyester, or of silicone, these materials possibly including a mineral filler such as glass fibers or graphene.
  • the polymide wall may have a thickness less than 300 ⁇ m, or even less than 100 ⁇ m, or even less than 50 ⁇ m.
  • the polypropylene wall may have a thickness of less than 450 ⁇ m, or even less than 300 ⁇ m, or even less than 100 ⁇ m.
  • the wall 50 is attached to the interior of the chamber 32.
  • the wall 50 can be formed integrally with the walls of the second housing part 30, as illustrated in the insert (b) of FIG. 1, the precise shape of the wall 50 illustrated in this figure is not necessarily limiting. This simplifies the manufacturing process, since the wall 50 can be manufactured at the same time as the rest of the housing 30, for example by molding.
  • an attached bottom wall 53 can be used to close the rear of the housing 52.
  • the walls of the second housing part 30 may include a housing which opens into the chamber 32 and in which the end 46 of the electrode 42 is placed.
  • the wall 50 is arranged in the opening of the housing so as to close this housing.
  • the dimensions of the wall 50, and in particular its thickness, depend on the material chosen and on the threshold value adopted for the temperature or for the pressure.
  • the wall 50 has a thickness of less than 0.5mm or 0.1mm.
  • the volume 52 here has a cylindrical shape with a diameter equal to 3mm and a height equal to 2mm.
  • the volume 52 is less than or equal to 50 mm 3 .
  • the wall 50 can be replaced by a separation element not necessarily having the shape of a plate, such as a separation membrane, or one or more seals.
  • the wall 50 when it is formed of an electrically insulating material, may be covered with an electrically conductive coating on its outer face, c 'that is to say its face directly exposed towards the chamber 32.
  • This conductive coating makes it possible to attract the electric arc A as close as possible to the wall 50, which makes it possible to accelerate the rate of degradation of the wall 50.
  • Figure 3 shows a circuit breaker 302 according to another embodiment of the invention.
  • the circuit breaker 302 is similar to the circuit breaker 2 except that it further comprises a control circuit 310 and a second actuator 312, arranged to break the insulating barrier in response to a control signal emitted by the control circuit 310. .
  • the actuator 312 is a pyrotechnic actuator, similar to the actuator 22.
  • the actuator 312 can be an electromagnetic actuator or a piezoelectric actuator or use any other suitable motorization means to break the circuit. barrier 50.
  • Control circuit 310 includes an electronic processing unit 314 (eg, a processor, such as a microcontroller) and a sensor 316 for measuring at least one physical quantity relating to a condition within chamber 32.
  • an electronic processing unit 314 eg, a processor, such as a microcontroller
  • a sensor 316 for measuring at least one physical quantity relating to a condition within chamber 32.
  • Circuit 310 is configured to trigger second pyrotechnic actuator 312 so as to break said barrier when said measured condition exceeds a predefined threshold.
  • the condition is a temperature in the chamber 32, or a pressure in the chamber 32, or the intensity of the current flowing in the conductor 10.
  • the sensor 316 is configured to measure the current flowing in the conductor 10 when the electric arc A is established between the terminals 12 and 14. When the measured current exceeds the predefined threshold value, the second actuator 312 is triggered.
  • the second actuator 312 is placed outside the chamber 32, being placed opposite the wall 50 by virtue of an opening 318 made in the housing part 30.
  • the pressure wave created by the operation of the pyrotechnic charge is at least partly channeled through the passage 318 and reaches the wall 50, causing it to rupture and opening an electrical conduction path between electrode 42 and conductor 10.
  • circuit breaker 2 is applicable to circuit breaker 302.
  • FIGs 4 and 5 show a circuit breaker 402 according to another embodiment of the invention.
  • Circuit breaker 402 is shown in its closed state in Figure 4 and in its open state in Figure 5.
  • the circuit breaker 402 is functionally similar to the circuit breaker 2 but differs from the latter in certain construction details and in particular in the way of constructing the insulating barrier of the connection device.
  • circuit breaker 402 which are analogous to those of the circuit breaker 2 or which play a role similar to the latter bear the same numerical reference as the latter, increased by the quantity "400".
  • the fuse 440 is similar to the fuse 40.
  • the description given above of these elements with reference to the embodiments of the circuit breaker 2 can be transposed to the circuit breaker 402.
  • the conductor 410 is in the form of a blade or of a tongue comprising terminals 412 and 414 connected together by the central part 416, the latter being able to be precut or weakened compared to terminals 412 and 414.
  • the circuit breaker 402 has a body (a housing) having the shape of a cylinder of axis Z402.
  • the first part 420 of the housing comprises walls which delimit a central housing 426 centered on the axis Z402 and in which are arranged the pyrotechnic charge 422 of the pyrotechnic switch and a movable body 424 able to move by translation in the housing 426 along the Z426 axis.
  • the arc extinguishing chamber 432 is delimited by the walls of the second part 430 of the housing and extends in the extension of the central housing 426.
  • the housing 426, the chamber 432 and the movable body 424 have a cylindrical shape.
  • the central portion 416 of the conductor 410 extends across the housing 426, perpendicular to the Z402 direction.
  • the fuse 440 has a first electrode 442 and a second electrode 444, which are partially inserted into the walls of the second housing part 430 and which open into the extinguishing chamber 432 at ends 446 and 448, respectively.
  • the ends 446 and 448 are arranged face to face.
  • the insulating barrier comprises an O-ring 450 disposed in the chamber 432 opposite the ends 446 and 448 of the electrodes of the fuse 440.
  • the seal 450 is disposed coaxially with the Z402 axis while being pressed against the walls of the chamber 432.
  • the seal 450 has a central opening configured to allow the movable body 424 to pass when it is in its deployed position after release. of the pyrotechnic charge 422.
  • the seal 450 is made of an elastomeric material, for example of polypropylene, or of PTFE, or of silicone, or any other suitable material.
  • a second O-ring 452 is arranged in the chamber 432, above the seal 450, coaxially with the Z402 direction.
  • the second seal 452 makes it possible to prevent an electric arc from leaving the chamber 432 when the power is cut off.
  • a third O-ring 454 is arranged in the chamber 432, below the seal 450, coaxially with the Z402 direction.
  • the third seal 454 makes it possible to prevent, when the power is cut off, an electric arc cannot pass through the main part 16 (the latter having been pushed downwards from the chamber 432 by the mobile body 424 after the triggering. load 422).
  • seals 452 and 454 have a higher strength than seal 450, as the latter is configured to rupture when conditions in the chamber require it while seals 452 and 454 must maintain the seal of the chamber. 'extinction during the operation of the circuit breaker.
  • the seals 452 and 454 are made of an elastomeric material, for example of PTFE or of silicone, preferably of silicone filled with a mineral material, such as mica.
  • at least one vertical seal 456 in the form of a strip connects the seals 450, 452 and 454 by extending along the walls of the chamber 432, for example by extending parallel to the direction Z402. Although only one such vertical seal 456 is visible in FIG. 4, in practice several such seals can be arranged in the chamber 432.
  • the vertical seal 456 is made of an elastomeric material, for example of PTFE or of silicone, for example of silicone filled with a mineral material, such as mica, preferably in the same material as the gaskets 452 and 454.
  • Figure 6 shows a circuit breaker 502 according to another embodiment of the invention.
  • the circuit breaker 502 is similar to the circuit breaker 2 but differs from the latter in that the insulating barrier comprises a metal capsule 550 mounted in a sealed manner around the end 46 of the electrode 42 and which defines a volume 552 comparable to volume 52, as illustrated by insert (a) in figure 6.
  • the electrode 42 is isolated from the rest of the chamber 32 by the air or by the vacuum contained in the volume 552.
  • the capsule 550 undergoes a deformation which forces it to come into direct contact with the electrode 42, preferably with the free end 46 of the electrode 42, at the level a deformation zone 554, as illustrated schematically by the insert (b) of FIG. 6. In doing so, the electrode 42 is in electrical contact with the capsule 550, even if the latter is not broken and a electrical contact can be established by an electric arc between electrode 42 and conductor 10.
  • the end 46 of the electrode 42 has a tip shape and is configured to perforate the capsule 550 when the latter deforms and comes into contact with the end 46. This perforation forms an orifice in the capsule. capsule 550, by which the interior of the volume 552 is placed in communication with the rest of the chamber 32. The insulating barrier is thus broken and an electrical contact can be established by an electric arc between the electrode 42 and the conductor 10.
  • the capsule 550 is configured to be ruptured when the pressure in the chamber 32 exceeds the predefined pressure threshold.
  • a precut is formed beforehand on one face of the capsule 550. In the event of overpressure, the precut zone is totally or partially detached from the rest of the capsule, thus forming an orifice in the capsule 550, through which the interior of the volume 552 is placed in communication with the rest of the chamber 32. The insulating barrier is thus broken and an electrical contact can be established by an electric arc between the electrode 42 and the conductor 10.
  • This variant can advantageously be implemented in the case of a capsule or a wall which is not necessarily metallic or electrically conductive, for example in the case of a membrane or an insulating plastic barrier.
  • the capsule 550 can be replaced by one or more metal walls.
  • circuit breaker 2 is applicable to circuit breaker 502.
  • the wall 30 of the arc extinguishing chamber 32 has a reinforcement zone 560 which protrudes inside the chamber 32 to guide the electric arc A to a particular location. of room 32.
  • This reinforcement zone 560 is not essential and can be omitted as a variant. In alternative embodiments, one or more areas of reinforcement 560 could be used in the circuit breakers according to the other embodiments described here.
  • Figure 7 shows an electrical circuit breaker 602 according to another embodiment of the invention.
  • the circuit breaker 602 is similar to the circuit breaker 2 but differs from the latter in that the insulating barrier has an electrically insulating coating 650 deposited on the end 46 of the electrode 42 and, preferably, on the whole part. of the electrode 42 which extends into the chamber 32.
  • the coating 650 isolates the electrode 42 from the rest of the chamber 32 and prevents the establishment of an electrical contact, even by means of an electric arc, between electrode 42 and conductor 10.
  • Coating 650 is configured to melt when the temperature in chamber 32 exceeds a predefined temperature. By melting or sublimating, the coating exposes electrode 42 and allows electrical contact to be made with conductor 10.
  • the coating 650 is made of polymer, for example of polyamide or of polypropylene or of polyimide.
  • the coating 650 is enamel.
  • electrode 42 is formed by connecting a portion of enameled wire to fuse 40.
  • circuit breaker 2 is applicable to circuit breaker 602.
  • Figure 8 shows an electrical circuit breaker 702 according to another embodiment of the invention.
  • the circuit breaker 702 is similar to the circuit breaker 2 but differs from the latter in that it has two fuses 710, 720 instead of the fuse 40.
  • the first fuse 710 has a first electrode 712 which opens out. inside the chamber 32 and a second electrode 714 connected to the conductor 10, for example here connected to the terminal 14.
  • the second fuse 720 comprises a first electrode 722 which opens inside the chamber 32 and a second electrode 724 connected to the conductor 10, for example here connected to the terminal 14 by means of a common electrode with the electrode 714.
  • the two fuses 710 and 720 have different ratings.
  • fuse 710 has a current rating of 50 A and fuse 720 has a current rating of 150 A.
  • a first insulating barrier is associated with the electrode 412 of the first fuse 410 and a second insulating barrier is associated with the electrode 422 of the second fuse 420.
  • the first and second insulating barriers are as previously described.
  • the first barrier has a wall 730 and volume 732 similar to capsule 550 and volume 552.
  • the second barrier has a wall 740 and volume 742 similar to capsule 550 and volume 552.
  • walls 730 and 740 can be made in a different fashion.
  • it may be walls similar to wall 50.
  • the first and second barriers are configured to break under different conditions, in particular so as not to break at the same time.
  • the first barrier is configured to rupture before the second barrier when an electric arc A is present after the breaking of the conductor 10 and the temperature and / or the pressure and / or the intensity of the arc increases.
  • the barrier being associated with the fuse 410 or 420 having the lower current rating of the two fuses is configured to break before the barrier associated with the other fuse 410 or 420.
  • FIG. 7 can be generalized to other embodiments in which more than two fuses 410, 420 are used.
  • circuit breaker 2 is applicable to circuit breaker 702.
  • Figure 9 shows an electrical circuit breaker 802 according to another embodiment of the invention.
  • Circuit breaker 802 is similar to circuit breaker 2 but differs from the latter in that it comprises an additional electrical conductor 860 connected to one of the terminals of conductor 10 (here at terminal 12), the additional electrical conductor 860 being isolated from the arc extinguishing chamber and comprising a free end 862 which opens into the volume 52 delimited by the wall 50.
  • the additional electrical conductor 860 is formed outside the body 30 or in a wall of the body 30 (for example by overmolding).
  • the additional electrical conductor 860 is made of tungsten.
  • the insulation distance between the end 862 of the additional electrical conductor 860 and the end 46 of the electrode 42 is chosen to allow electrical insulation in air for an electrical voltage greater than or equal to at least 1 , 5 times the electrical voltage of the generator used in the electrical circuit to which the circuit breaker 802 is associated.
  • the wall 50 can comprise an electrically conductive layer on its outer face, that is to say its face exposed on the side of the chamber 32. This makes it possible to attract the electric arc more easily near the wall. 50 and facilitate its rupture by fusion.
  • the wall 50 may include an electrically conductive layer on its inner face, that is to say on its face which is located inside the volume 52. This electrically conductive layer is then capable of ensuring electrical contact between the 2 electrodes 46 and 862 after the barrier has broken.
  • circuit breaker 2 is applicable to circuit breaker 802.
  • Figure 10 shows an electrical circuit breaker 902 according to another embodiment of the invention.
  • the circuit breaker 902 is generally similar to the circuit breaker 2 but differs from the latter in that the connection device does not include a barrier as defined above separating the end 46 from the rest of the extinguishing chamber. bow.
  • connection device comprises a housing 910 formed in a wall of the body 30 and in which are arranged a barrier 912 and an electrically conductive movable part 914, for example made of metal, slidably mounted in the housing 910.
  • housing 910 is a channel, preferably cylindrical in shape, which opens out to the outside of body 30.
  • the end of the electrode 44 of the fuse 40 opens into the housing 910 through its free end 916.
  • An additional electrode is connected to the terminal 14 and opens into the housing 910 through its free end 918.
  • the ends 916 and 918 are arranged opposite one another.
  • the ends 916 and 918 are separated at a distance from each other, for example with an isolation distance as defined above.
  • the movable part 914 is movable between a rest position, in which it remains at a distance from the ends 916 and 918, and an energized position in which it electrically connects said electrode of fuse 40 with said terminal 14, by coming into direct contact with the ends. ends 916 and 918.
  • the movable part 914 is illustrated in its rest position.
  • the position occupied by the moving part 914 in the energized position is represented by the dotted outline 914 '.
  • the barrier 912 is arranged to separate the arc extinguishing chamber 32 from the housing 910, for example by closing an entrance to the housing 910.
  • Barrier 912 is configured to rupture when the pre-defined threshold in extinguishing chamber 32 is exceeded.
  • the barrier 912 can advantageously be a wall similar to the wall 50 or to the capsule 550.
  • barrier 912 is configured to rupture when the pressure within arc extinguishing chamber 32 exceeds the predefined threshold.
  • part 914 acts like a piston. This movement is illustrated by the arrow F1 in FIG. 10.
  • part 914 has a shape complementary to the shape of the section of housing 910.
  • the part 914 is mounted in the housing 910 with zero or negative play in order to be able to remain maintained in the rest position as long as the barrier 912 has not been broken and has not been moved by. increased pressure. This limits the risk of the part 914 accidentally moving to the energized position, for example when the circuit breaker 902 is subjected to a shock or to a strong acceleration.
  • the part 914 could be mechanically connected with the barrier 912, for example by overmolding.
  • the housing 910 includes retaining means 920, such as one or more stops, which limit the movement of the movable part 914 to prevent it from going further than the excited position 914 ’.
  • retaining means 920 such as one or more stops, which limit the movement of the movable part 914 to prevent it from going further than the excited position 914 ’.
  • part 914 remains held in the excited position 914 ’.
  • circuit breaker 902 could include an additional connection device as defined in the embodiments of Figures 1 to 9, associated with the end. 46 of electrode 42.
  • the end 46 and the electrode 42 can be omitted and replaced by an electrode 922 which directly connects the end of the fuse 40 to the terminal 12, without necessarily going through the arc extinguishing chamber.
  • circuit breaker 2 is applicable to circuit breaker 902.
  • the electrode 42 is disposed such in the chamber 32 that the severed part 16 comes into contact against the wall 50 (or the capsule 550) after the cutting of the conductor 10.
  • the barrier is broken (for example by destruction of the wall 50 or of the capsule 550)
  • the severed part 16 is in direct contact with the electrode 42.
  • the breaking devices are described by way of example as being associated with electrode 42 or electrode 44 (and, respectively, terminal 12 or terminal 14), but it is understood that as a variant, these switching devices can be used on the other electrode 44 or 42 of the fuse (and therefore on the other terminal 14 or 12), or even on the two electrodes 42 and 44 at the same time.
  • the free end 862 of the additional conductor 860 can open out inside the extinguishing chamber 32, while being outside the volume 52 delimited by the wall 50, the electrode 46 remaining isolated from the rest of the interrupting chamber by the membrane 50
  • the free end 862 can thus be placed freely, it is possible to place it at a small distance from the electrode 46, for example at less than 500 ⁇ m, in order to reduce the length of the electric arc, and therefore to reduce the length of the electric arc. 'energy dissipated by this electric arc inside the chamber 52 as well as inside the extinguishing chamber 32.
  • the metal capsule 550 may be deformable in a bistable manner, that is to say deformable in a reversible manner between a first state in which the capsule is not. in contact with electrode 46, and a second state in which electrode 46 is in direct contact with metal capsule 550 to establish electrical conductivity.
  • the bistable nature of the deformation of the metal capsule can be obtained by virtue of a specific conformation of the upper wall of the capsule, for example by virtue of a convex shape, or a dome shape.
  • the convex shape in the first state, is moved away from the electrode 46.
  • the convex shape In the second state, the convex shape is inverted and comes into contact with the electrode 46. This favors the contact with the electrode. 'electrode 46 and provides a good threshold effect.
  • the circuit breaker 502 comprises an additional conductor similar to the additional conductor 860, and which connects the terminal 12 to the metal capsule, which here bears the reference 1050. This provides the same advantages as those described with reference to the additional conductor 860.
  • the free end of the additional conductor can open inside the volume 1052 delimited by the capsule 1050.
  • the additional conductor can be connected to the metal capsule even when the capsule is not bistably deformable, like the capsule 550 previously described.
  • the movable part 914 is coupled to a return member, such as a helical spring or a pre-stressed spring, configured to push the movable part towards its excited position. .
  • a return member such as a helical spring or a pre-stressed spring
  • circuit breakers according to one or more of the embodiments described above can be connected together, for example in series or in parallel, by means of their respective terminals 12, 14, to form a device. circuit breaker with increased performance.
  • the fuse 40 of one of the circuit breakers can be omitted and replaced by an electrical conductor

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Abstract

Un coupe-circuit (2) électrique comportant un interrupteur (22, 24), une chambre d'extinction d'arc (32) et un fusible (40) configuré pour être connecté électriquement entre des premier et deuxième terminaux après le déclenchement de l'interrupteur, comporte en outre un dispositif de connexion comprenant une barrière (50, 52) configurée pour être rompue postérieurement au déclenchement de l'interrupteur uniquement lorsqu'au moins l'une ou l'autre de la température, ou de la pression à l'intérieur de la chambre d'extinction d'arc (32), ou de l'intensité d'un arc électrique présent dans la chambre d'extinction d'arc (32) dépasse un seuil prédéfini, le dispositif de connexion étant configuré pour connecter une électrode (42) du fusible à un des terminaux (12) du conducteur électrique (10) seulement une fois que la barrière (50, 52) est rompue.

Description

TITRE : Coupe-circuit électrique
La présente invention concerne un coupe-circuit électrique.
Dans le domaine de la protection électrique, les coupe-circuits électriques permettent d’interrompre un courant électrique, par exemple pour déconnecter une charge électrique d’un circuit électrique en réponse à un ordre de coupure.
Dans certaines applications, notamment celles se rapportant à des panneaux photovoltaïques ou à des véhicules électriques alimentés par des batteries, il est parfois nécessaire d’interrompre un courant électrique avec un temps de réponse très court (par ex. en moins de 10ms).
Idéalement, un tel coupe-circuit doit posséder une large plage de fonctionnement, c’est-à-dire qu’il doit être capable d’interrompre des courants électriques de faible intensité (par ex. inférieurs à 100 A sous 1000 V DC), voire même d’ouvrir un circuit en l’absence de courant, aussi bien que d’interrompre des courants électriques de forte intensité (par ex. jusqu’à 30 kA), que ce soit dans des circuits électriques de très faible inductance (par ex. 3 mH ou moins) ou dans des circuits électriques de forte inductance (par ex. 100 mH ou plus).
Il est connu de FR-3064107-A1 d’utiliser un coupe-circuit à usage unique formé par l’association d’un interrupteur pyrotechnique avec un fusible externe, dans lequel l’interrupteur pyrotechnique est déclenché pour sectionner physiquement un conducteur électrique reliant des terminaux d’entrée et de sortie du coupe-circuit et dans lequel les électrodes du fusible externe sont automatiquement connectées au conducteur sectionné dès que l’interrupteur a été déclenché. Cette connexion dévie le courant vers le fusible et ce dernier va ensuite fondre pour interrompre le courant.
Un tel coupe-circuit a cependant pour inconvénient d’avoir une plage de fonctionnement trop réduite, car il n’est pas possible d’optimiser le fusible à la fois pour interrompre des courants de faible intensité et des courants de forte intensité.
En pratique, avec des courants de faible intensité (par ex. d’intensité inférieure à 10 fois le calibre du fusible), le fusible met plus de temps pour fondre complètement, notamment car le temps de préarc du fusible dépend de l’intensité du courant à interrompre.
Ainsi, si le fusible est dimensionné pour des courants de forte intensité, il mettra plus de temps à fondre complètement lorsqu’il sera traversé par des courants de faible intensité. Pendant tout ce temps, le courant continuera à circuler à l’intérieur de l’interrupteur pyrotechnique et la charge électrique continuera à être alimentée, malgré l’ordre de coupure.
Si aucun courant ne circule dans le coupe circuit lors de son déclenchement, le fusible restera intact. Un courant très inférieur au calibre du fusible peut donc continuer à circuler dans le coupe circuit sans limite dans le temps. Cela n’est pas souhaitable, car la fonction demandée au coupe circuit est d’ouvrir le circuit électrique dans tous les cas, indépendamment de la valeur du courant le parcourant à l’instant du déclenchement.
Si au contraire le fusible est dimensionné pour des courants de faible intensité, il existe un risque que le fusible fonde trop rapidement lorsqu’il sera traversé par des courants de forte intensité, ce qui ne permettra pas aux gaz présents dans l’interrupteur de refroidir et de se dé-ioniser, ce qui peut conduire au rétablissement d’un arc électrique entre les portions sectionnées du conducteur dans l’interrupteur pyrotechnique. Le courant ne peut alors plus être interrompu, ce qui peut endommager la charge électrique et/ou le coupe circuit lui-même, au point de conduire à la destruction du coupe circuit
Il existe donc un besoin pour un coupe circuit électrique capable d’interrompre un courant électrique avec un temps de réponse très court et avec une large plage de fonctionnement, d’un courant d’intensité nulle à un courant d’intensité très élevée.
A cet effet, selon un aspect de l’invention, un coupe-circuit électrique comporte :
- un conducteur électrique comprenant un premier terminal et un deuxième terminal ;
- un interrupteur configuré pour séparer le premier terminal du deuxième terminal lorsqu’il est déclenché en réponse à un ordre de coupure du courant ;
- une chambre d’extinction d’arc délimitée par un corps du coupe-circuit, la chambre d’extinction d’arc étant configurée pour recevoir, après déclenchement de l’interrupteur pyrotechnique, une portion du conducteur électrique étant séparée au moins du premier terminal ou du deuxième terminal ;
- un fusible configuré pour être connecté électriquement entre les premier et deuxième terminaux après le déclenchement de l’interrupteur ;
le coupe-circuit comporte un dispositif de connexion comprenant une barrière configurée pour être rompue postérieurement au déclenchement de l’interrupteur uniquement lorsqu’au moins l’une ou l’autre de la température, ou de la pression à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc, ou de l’intensité d’un arc électrique présent dans la chambre d’extinction d’arc dépasse un seuil prédéfini, le dispositif de connexion étant configuré pour connecter une électrode du fusible à un des terminaux du conducteur électrique seulement une fois que la barrière est rompue.
L’association entre le fusible et le dispositif permet d’obtenir une réponse rapide et une large plage de fonctionnement.
La barrière permet d’introduire un seuil à partir duquel le courant est dévié vers le fusible. Le seuil requis pour rompre la barrière et ainsi connecter le fusible dépend indirectement de l’intensité du courant électrique à interrompre et peut être contrôlé en choisissant certaines caractéristiques de la barrière lors de la fabrication du coupe-circuit.
Ainsi, le seuil à partir duquel le fusible est connecté après le déclenchement de l’interrupteur s’adapte automatiquement en fonction des conditions qui régnent à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc. Grâce à cette adaptation, pour des courants d’intensité inférieure au seuil défini, l’interrupteur ouvre le circuit sans intervention du fusible ; pour des courants d’intensité supérieure au seuil défini, le fusible est connecté en parallèle de l’interrupteur. Le délai alors nécessaire pour la fusion du fusible (temps de pré-arc) permet le refroidissement et la déionisation des gaz présents dans la chambre de coupure de l’interrupteur. Lorsque le fusible a fondu, un arc électrique apparaît et s’agrandit en son sein, ce qui permet d’interrompre le passage du courant. Grâce à cette adaptation, un même fusible peut être utilisé aussi bien pour interrompre des courants de forte intensité que de faible intensité
Selon des aspects avantageux mais non obligatoires, un tel coupe-circuit électrique peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement admissible :
Au moins une électrode du fusible s’étend à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc, la barrière étant une barrière électriquement isolante qui sépare ladite au moins une électrode du reste de la chambre d’extinction d’arc.
La barrière isolante comporte une paroi qui délimite un volume autour de ladite au moins une électrode du fusible dans la chambre d’extinction d’arc.
La paroi est électriquement isolante.
La paroi est configurée pour fondre lorsque la température dans la chambre d’extinction d’arc dépasse un seuil prédéfini.
La paroi comporte une zone prédécoupée configurée pour se détacher et former une ouverture dans la paroi lorsque la pression dans la chambre d’extinction d’arc dépasse un seuil prédéfini. La barrière isolante comporte un revêtement électriquement isolant déposé sur ladite au moins une électrode du fusible dans la chambre d’extinction d’arc, ce revêtement étant configuré pour fondre lorsque la température dans la chambre d’extinction d’arc dépasse un seuil prédéfini.
La paroi ou le revêtement est recouvert d’au moins une couche extérieure électriquement conductrice.
La paroi est en métal.
La paroi est configurée pour se déformer lorsque la pression dans la chambre d’extinction d’arc dépasse un seuil prédéfini, jusqu’à venir en contact contre l’extrémité libre de ladite au moins une électrode.
L’extrémité libre de ladite au moins une électrode est configurée pour perforer la paroi lorsque la paroi se déforme et entre en contact avec ladite extrémité libre.
La paroi comporte une zone prédécoupée configurée pour se détacher et former une ouverture dans la paroi lorsque la pression dans la chambre d’extinction d’arc dépasse un seuil prédéfini.
Le coupe-circuit comporte un circuit de commande, un capteur pour mesurer une condition à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc et un actionneur auxiliaire configuré pour rompre la barrière isolante et dans lequel le circuit de commande est configuré pour déclencher l’actionneur auxiliaire lorsqu’une grandeur physique mesurée par le capteur dépasse une valeur seuil.
Le coupe-circuit comporte un fusible additionnel configuré pour être connecté électriquement entre les premier et deuxième terminaux après le déclenchement de l’interrupteur, au moins une électrode du fusible additionnel s’étendant à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc, le coupe-circuit comportant en outre une barrière additionnelle électriquement isolante qui sépare ladite électrode du fusible additionnel du reste de la chambre d’extinction d’arc, ladite barrière étant configurée pour être rompue postérieurement au déclenchement de l’interrupteur uniquement lorsqu’au moins l’une ou l’autre de la température, ou de la pression à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc, ou de l’intensité d’un arc électrique présent dans la chambre d’extinction d’arc dépasse un seuil prédéfini, ce seuil étant différent du seuil de déclenchement associé à la barrière isolante de l’autre fusible.
Le coupe-circuit comporte un conducteur électrique additionnel raccordé à un des terminaux du conducteur électrique, le conducteur électrique additionnel étant isolé de la chambre d’extinction d’arc et comportant une extrémité libre qui débouche à l’intérieur du volume délimité par la paroi.
Le dispositif de connexion comporte une pièce mobile électriquement conductrice déplaçable entre une position de repos et une position excitée dans laquelle elle raccorde électriquement ladite électrode du fusible avec ledit terminal, la pièce mobile étant montée coulissante dans un logement du coupe-circuit, la barrière étant disposée de manière à séparer la chambre d’extinction d’arc du logement et étant configurée pour rompre lorsque le seuil prédéfini est dépassé.
L’interrupteur est un interrupteur pyrotechnique.
L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, d’un mode de réalisation d’un coupe-circuit électrique donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
[Fig 1] la figure 1 est une représentation schématique, selon une vue en coupe, d’un coupe-circuit électrique selon un premier mode de réalisation de l’invention, illustré dans un premier état ;
[Fig 2] la figure 2 est une représentation schématique du coupe-circuit électrique de la figure 1 , illustré dans un deuxième état ;
[Fig 3] la figure 3 est une représentation schématique, selon une vue en coupe, d’un coupe-circuit électrique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 4] la figure 4 est une représentation schématique, selon une vue en coupe, d’un coupe-circuit électrique selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 5] la figure 5 est une représentation schématique, selon une vue en coupe, du coupe-circuit de la figure 4 illustré dans un deuxième état ;
[Fig 6] la figure 6 est une représentation schématique, selon une vue en coupe, d’un coupe-circuit électrique selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 7] la figure 7 est une représentation schématique, selon une vue en coupe, d’un coupe-circuit électrique selon un cinquième mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 8] la figure 8 est une représentation schématique, selon une vue en coupe, d’un coupe-circuit électrique selon un sixième mode de réalisation de l’invention ; [Fig 9] la figure 9 est une représentation schématique, selon une vue en coupe, d’un coupe-circuit électrique selon un septième mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 10] la figure 10 est une représentation schématique, selon une vue en coupe, d’un coupe-circuit électrique selon un huitième mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 1 1] la figure 1 1 est une représentation schématique, selon une vue en coupe, du coupe-circuit électrique de la figure 6 selon un autre mode de réalisation ;
[Fig 12] la figure 12 est une représentation schématique de deux coupe- circuits électriques connectés en série.
Les figures 1 et 2 représentent un coupe-circuit électrique 2.
Le coupe-circuit 2 est apte à être utilisé dans un système électrique pour protéger une charge électrique connectée à une source d’alimentation électrique.
Par exemple, le coupe-circuit 2 est plus particulièrement configuré pour déconnecter une charge électrique en réponse à un ordre de commande, par exemple lorsqu’un défaut électrique est détecté dans le système électrique.
Selon des exemples donnés à titre non limitatif, le coupe-circuit 2 peut être utilisé pour protéger une batterie d’accumulateurs électrochimiques ou un panneau photovoltaïque.
Par exemple, l’ordre de commande peut être fourni automatiquement par un déclencheur, ou par un système électronique de commande, ou manuellement par un opérateur.
Le coupe-circuit 2 comporte un conducteur électrique 10 comprenant un premier terminal 12 et un deuxième terminal 14, qui forment respectivement des bornes d’entrée et de sortie du coupe-circuit 2. Par exemple, le conducteur 10 est un barreau ou une languette en matériau métallique, tel que cuivre.
Le coupe-circuit 2 est commutable depuis un premier état, aussi nommé « état fermé » ou « état armé », vers un deuxième état, aussi nommé « état ouvert » ou état déclenché ».
Dans l’état fermé, le coupe-circuit 2 autorise la circulation d’un courant électrique au travers du conducteur électrique 10. Par exemple, le premier terminal 12 et le deuxième terminal 14 sont raccordés électriquement par une partie principale 16 du conducteur 10.
Dans l’état ouvert, le conducteur électrique 10 est sectionné pour séparer le premier terminal 12 du deuxième terminal 14 et ainsi interrompre le courant électrique. Le coupe-circuit 2 comporte également un interrupteur 20.
Selon des modes de réalisation préférés, décrits et illustrés dans ce qui suit à titre d’exemple, l’interrupteur 20 est un interrupteur pyrotechnique incluant un actionneur pyrotechnique 22 et un organe de coupure 24, logés dans une première partie d’un boîtier du coupe-circuit 2.
L’organe de coupure 24 est configuré pour séparer le premier terminal 12 du deuxième terminal 14 en réponse à l’activation de l’actionneur 22.
L’organe 24 comporte par exemple un élément tranchant, tel qu’une lame ou une guillotine ou un poinçon, configurés pour trancher le conducteur 10, ou un corps mobile configuré pour pousser une portion prédécoupée ou affaiblie du conducteur 10.
L’organe de coupure 24 est déplaçable par translation entre une position rétractée et une position déployée. Sur les figures, l’organe de coupure 24 est seulement visible dans sa position déployée.
L’actionneur 22 comporte une charge pyrotechnique qui peut être déclenchée grâce à l’application d’un signal de commande et dont le fonctionnement propulse l’organe de coupure 24 vers sa position déployée pour sectionner le conducteur 10.
Un joint 26 ou un autre moyen d’étanchéité peut être porté par l’organe de coupure 24 pour fermer hermétiquement la première partie de boîtier.
Dans des modes de réalisation alternatifs, l’interrupteur 20 peut être un dispositif de commutation électrique électromécanique, comportant par exemple des parties mobiles telles que des contacts électriques séparables actionnables au moyen d’un mécanisme d’actionnement. Ces parties mobiles se substituent alors à l’organe de coupure 24 et à la portion 16 du conducteur électrique 10.
Tout ce qui est décrit par la suite en référence à l’interrupteur pyrotechnique 20 est applicable, mutatis mutandis, à de tels modes de réalisation alternatifs.
Le coupe-circuit 2 comporte également une chambre d’extinction d’arc 32 en partie délimitée par une deuxième partie 30 du boîtier du coupe-circuit 2.
La chambre 32 est associée au conducteur électrique 10 et participe à l’interruption du courant électrique entre le premier terminal 12 et le deuxième terminal 14 lorsque le coupe-circuit 2 est commuté de l’état fermé vers l’état ouvert.
Dans l’état ouvert, la portion principale 16 est séparée au moins du premier terminal 12 ou du deuxième terminal 14 et se trouve au moins en partie à l’intérieur de la chambre 32. Par exemple, comme dans l’exemple de la figure 1 , la partie 16 est détachée du terminal 14 mais reste attachée au terminal 12. En variante, la partie 16 pourrait être complètement séparée des deux terminaux 12 et 14. Selon des exemples de construction, illustrés sur les figures 1 et 2, les première et deuxième parties de boîtier sont jointes et alignées selon une première direction, par exemple une direction verticale et le conducteur 10 s’étend selon une deuxième direction perpendiculaire à la première direction, par exemple selon une direction horizontale. D’autres configurations peuvent toutefois être utilisées en variante.
Par exemple, le boîtier est réalisé en un matériau électriquement isolant, tel qu’un polymère.
En pratique, lorsque le conducteur 10 est sectionné alors qu’un courant électrique y circule, il se forme un arc électrique (noté A) dans la chambre 32 entre les deux extrémités sectionnées du conducteur 10, par exemple entre l’extrémité libre de la partie principale 16 et l’extrémité coupée du conducteur 10 qui reste connectée au terminal 14.
Tant que l’arc électrique A reste présent, le courant électrique continue à circuler entre les terminaux 12 et 14. On comprend donc que l’arc électrique A doit être éteint pour que le courant électrique soit effectivement interrompu par le coupe- circuit 2.
Le coupe-circuit 2 comporte en outre un fusible 40 agencé pour être connecté électriquement en série entre le premier terminal 12 et le deuxième terminal 14 après le déclenchement de l’interrupteur, comme expliqué plus en détail dans ce qui suit. Dans l’état fermé, le fusible 40 reste déconnecté du terminal 12. Dans l’exemple illustré, l’autre extrémité du fusible 40 reste en permanence connectée au terminal 14.
Le fusible 40 comporte au moins une électrode 42 s’étendant à l’intérieur du volume interne défini par la partie de boîtier 30 délimitant la chambre d’extinction 32.
Une deuxième électrode 44 du fusible 40 est connectée à l’un des terminaux 12 ou 14 du conducteur.
L’extrémité libre de l’électrode 42 faisant saillie dans la chambre 32 porte ici la référence « 46 ». L’extrémité libre 46 correspond à la portion de l’électrode 42 qui est à l’intérieur de la chambre 32.
La connexion du fusible 40 à l’autre terminal du conducteur 10 ne peut donc se faire que par l’intermédiaire de la chambre d’extinction 32, soit par mise en contact direct de l’électrode 42 avec ledit terminal, soit par l’intermédiaire d’un arc électrique A’ entre ledit terminal 12 et l’électrode 42.
De façon générale, par « fusible », on désigne ici tout composant, tel qu’un dipôle, capable de dissiper de l’énergie pour interrompre un courant électrique le traversant. Selon un exemple, le fusible 40 peut comporter au moins une lame fusible disposée dans un corps de fusible.
Le coupe-circuit 2 comporte en outre un dispositif de connexion comprenant une barrière électriquement isolante qui sépare ladite au moins une électrode 42 du reste de la chambre d’extinction d’arc 32.
Selon des modes de réalisation tels que celui illustré sur l’insert (a) de la figure 1 , la barrière électriquement isolante comporte une paroi 50 qui délimite un volume fermé 52 au sein de la chambre d’extinction 32. Le volume 52 est rempli d’un milieu électriquement isolant, tel que de l’air ou de vide. La barrière peut cependant être réalisée différemment.
De façon avantageuse, la barrière est configurée pour être rompue postérieurement au déclenchement de l’interrupteur 22 uniquement lorsqu’au moins l’une ou l’autre de la température ou de la pression à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc 32, ou de l’intensité d’un arc électrique présent dans la chambre d’extinction d’arc 32, dépasse un seuil prédéfini.
En d’autres termes, tant que la barrière n’a pas été rompue, elle empêche le fusible 40 d’être connecté au terminal 10 même lorsque l’interrupteur 22 a été déclenché et que le coupe-circuit 2 ne se trouve plus dans l’état fermé. L’arc électrique A peut donc se maintenir entre les terminaux 12 et 14. Le courant à interrompre ne passe pas dans le fusible 40.
L’électrode 42 ne peut être connectée au conducteur 10 (en l’occurrence, au terminal 12 dans l’exemple de la figure 2) qu’une fois que la barrière est rompue, notamment sous l’effet direct ou indirect de l’arc électrique A, par exemple à cause d’un échauffement et/ou d’une érosion et/ou d’une augmentation de pression des gaz ionisés générés par l’arc électrique A.
De préférence, comme illustré sur la figure 2, une fois la barrière rompue, l’arc électrique A disparaît et la connexion est alors réalisée par l’intermédiaire d’un deuxième arc électrique A’ établi entre l’électrode 42 et l’extrémité 16 du terminal 12.
En d’autres termes, le dispositif de connexion est configuré pour connecter l’électrode 42 au terminal 12 seulement une fois que la barrière est rompue.
Ce dispositif de connexion, implémenté par la barrière isolante dans les modes de réalisation illustrés, permet d’introduire un délai (un retard) entre l’instant où le dispositif d’actionnement est déclenché et l’instant où le courant à interrompre est dévié vers le fusible 40. La valeur de ce retard peut être au moins partiellement contrôlée en choisissant des paramètres de construction de la barrière. Dans la suite de cette description, ce retard pourra être nommé « seuil ».
Le seuil requis pour rompre la barrière et ainsi connecter le fusible 40 dépend indirectement de l’intensité du courant électrique à interrompre et peut être contrôlé en choisissant certaines caractéristiques de la barrière, telle que la température de fusion ou de sublimation du matériau utilisé pour former la paroi 50 et/ou la résistance mécanique de la paroi 50 et/ou des caractéristiques dimensionnelles de la paroi 50 et/ou du volume 52.
Cela permet de garantir que la barrière sera rompue lorsque les conditions physiques dans la chambre 32 (conditions caractérisées par au moins l’une des grandeurs physiques suivantes : la température dans la chambre 32, la pression dans la chambre 32, l’intensité de l’arc électrique A) auront atteint un seuil prédéfini.
Ainsi, le seuil à partir duquel le fusible est connecté après le déclenchement du dispositif pyrotechnique s’adapte automatiquement en fonction des conditions qui régnent à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc. Grâce à cette adaptation, un même fusible peut être utilisé aussi bien pour interrompre des courants de forte intensité que de faible intensité.
Par exemple si l’intensité du courant à interrompre est nulle ou faible, le seuil à partir duquel le fusible est connecté n’est pas atteint. L’interrupteur fonctionne seul, le fusible n’est jamais connecté au terminal 12. Cela permet d’obtenir un temps d’interruption du courant électrique rapide.
Par exemple si l’intensité du courant à interrompre est élevée, alors le seuil à partir duquel le fusible est connecté est dépassé. Le fusible est alors dimensionné pour avoir un temps de préarc suffisamment long, afin de permettre aux gaz de la chambre 32 de refroidir et de se dé-ioniser.
Comme cela sera expliqué au travers des exemples ci-après, la paroi 50 peut être une paroi fusible qui est détruite par fusion ou par sublimation au-dessus d’une température prédéfinie, ou une paroi qui se déforme ou qui rompt au-dessus d’une pression prédéfinie.
Selon des modes de réalisation, la paroi 50 est dans un matériau électriquement isolant. La paroi 50 isole donc électriquement l’électrode 42 (par exemple, au moins la portion de l’électrode 42 qui est à l’intérieur de la chambre 32) du reste de la chambre 32. Les propriétés isolantes de la barrière sont donc dues aux propriétés isolantes de la barrière 50, bien que le volume 52 d’air ou de vide puisse également participer à cette isolation. Le volume 52 peut toutefois être omis lorsque la paroi 50 est suffisamment isolante. Dans d’autres modes de réalisation, les propriétés d’isolation électrique de la barrière proviennent des propriétés électriquement isolantes du volume 52 d’air ou de vide, la paroi 50 ne servant alors qu’à contenir ce volume 52 et à le maintenir séparé du reste de la chambre d’extinction 32 jusqu’à ce que la paroi 50 soit rompue.
Dans un tel cas, la paroi 50 peut être réalisée en matériau électriquement conducteur, par exemple en métal, le volume 52 étant dimensionné pour à lui seul isoler électriquement l’électrode 42 du reste de la chambre 32 et de la paroi 50. La mise en contact de l’électrode 42 est assurée non pas en rompant la paroi 50, mais en déformant la paroi 50 jusqu’à ce qu’elle vienne en contact direct avec l’extrémité 46 de l’électrode 42 de sorte à être électriquement en contact avec cette dernière. Une connexion électrique entre le fusible 40 et le conducteur 10 peut alors être établie par l’arc électrique A’ qui s’établit entre la paroi 50 et le terminal 16.
Selon des exemples, la paroi 50 fusible est réalisée en polymère, par exemple en polyamide ou en polypropylène ou en polyimide, ou en élastomère, ou en polyester, ou en silicone, ces matériaux pouvant inclure une charge minérale telle que des fibres de verre ou du graphène.
Selon des exemples donnés à titre illustratif, la paroi en polymide peut présenter une épaisseur inférieure à 300pm, voire inférieure à 100pm, ou encore inférieure à 50pm. La paroi en polypropylène peut présenter une épaisseur inférieure à 450pm, voire inférieure à 300pm, ou encore inférieure à 100pm.
Dans l’exemple illustré sur l’insert (a) de la figure 1 , la paroi 50 est rapportée à l’intérieur de la chambre 32.
Toutefois, en variante, la paroi 50 peut être formée d’un seul tenant avec les murs de deuxième partie 30 de boîtier, comme illustré sur l’insert (b) de la figure 1 , la forme précise de la paroi 50 illustrée sur cette figure n’étant pas nécessairement limitative. Cela simplifie le procédé de fabrication, puisque la paroi 50 peut être fabriquée en même temps que le reste du boîtier 30, par exemple par moulage. Par exemple, une paroi de fond 53 rapportée peut être utilisée pour fermer l’arrière du logement 52.
Selon des modes de réalisation donnés à titre d’exemple, les murs de la deuxième partie de boîtier 30 peuvent comporter un logement qui débouche dans la chambre 32 et dans lequel est disposé l’extrémité 46 de l’électrode 42. La paroi 50 est disposée dans l’ouverture du logement de façon à fermer ce logement. Les dimensions de la paroi 50, et notamment son épaisseur, dépendent du matériau choisi et de la valeur de seuil retenue pour la température ou pour la pression.
Selon un exemple non limitatif donné à titre d’exemple, la paroi 50 présente une épaisseur inférieure à 0.5mm ou à 0.1 mm. Le volume 52 a ici une forme cylindrique avec un diamètre égal à 3mm et une hauteur égale à 2mm.
Par exemple, le volume 52 est inférieur ou égal à 50 mm3.
En variante, la paroi 50 peut être remplacée par un élément de séparation n’ayant pas forcément une forme de plaque, tel qu’une membrane de séparation, ou un ou plusieurs joints d’étanchéité.
Selon d’autres modes de réalisation de l’invention qui ne sont pas illustrés aux figures, la paroi 50, lorsqu’elle est formée d’un matériau électriquement isolant, peut être recouverte d’un revêtement électriquement conducteur sur sa face extérieure, c’est-à-dire sa face directement exposée vers la chambre 32. Ce revêtement conducteur permet d’attirer l’arc électrique A au plus près de la paroi 50, ce qui permet d’accélérer la vitesse de dégradation de la paroi 50.
La figure 3 représente un coupe-circuit 302 selon un autre mode de réalisation de l’invention.
Le coupe-circuit 302 est similaire au coupe-circuit 2 sauf qu’il comporte en outre un circuit de commande 310 et un deuxième actionneur 312, agencé pour rompre la barrière isolante en réponse à un signal de commande émis par le circuit de commande 310.
Dans le mode de réalisation illustré, l’actionneur 312 est un actionneur pyrotechnique, semblable à l’actionneur 22. En variante, l’actionneur 312 peut être un actionneur électromagnétique ou un actionneur piézoélectrique ou utiliser tout autre moyen de motorisation approprié pour rompre la barrière 50.
Le circuit de commande 310 comporte une unité électronique de traitement 314 (par ex. un processeur, tel qu’un microcontrôleur) et un capteur 316 pour mesurer au moins une grandeur physique relative à une condition à l’intérieur de la chambre 32.
Le circuit 310 est configuré pour déclencher le deuxième actionneur pyrotechnique 312 de manière à rompre ladite barrière lorsque ladite condition mesurée dépasse un seuil prédéfini. Par exemple, la condition est une température dans la chambre 32, ou une pression dans la chambre 32, ou l’intensité du courant circulant dans le conducteur 10. Dans l’exemple illustré, le capteur 316 est configuré pour mesurer le courant qui circule dans le conducteur 10 lorsque l’arc électrique A est établi entre les terminaux 12 et 14. Lorsque le courant mesuré dépasse la valeur seuil prédéfinie, le deuxième actionneur 312 est déclenché.
Selon un exemple, le deuxième actionneur 312 est disposé à l’extérieur de la chambre 32 en étant placé en regard de la paroi 50 grâce à une ouverture 318 ménagée dans la partie de boîtier 30. Lors de l’ignition de la charge pyrotechnique consécutive à l’activation de de l’actionneur 32, l’onde de pression créée par le fonctionnement de la charge pyrotechnique est au moins en partie canalisée par le passage 318 et atteint la paroi 50, provoquant sa rupture et ouvrant un chemin de conduction électrique entre l’électrode 42 et le conducteur 10.
Mis à part ces différences, la description du coupe-circuit 2 est applicable au coupe-circuit 302.
Les figures 4 et 5 représentent un coupe-circuit 402 selon un autre mode de réalisation de l’invention. Le coupe-circuit 402 est illustré dans son état fermé sur la figure 4 et dans son état ouvert sur la figure 5.
Le coupe-circuit 402 est fonctionnellement similaire au coupe-circuit 2 mais diffère de ce dernier par certains détails de construction et notamment par la façon de construire la barrière isolante du dispositif de connexion.
Les éléments du coupe-circuit 402 qui sont analogues à ceux du coupe-circuit 2 ou qui jouent un rôle similaire à ces derniers portent la même référence numérique que ces derniers, augmentée de la quantité « 400 ». Par exemple, le fusible 440 est similaire au fusible 40. La description faite ci-dessus de ces éléments en référence aux modes de réalisation du coupe-circuit 2 est transposable au coupe-circuit 402.
Dans le coupe-circuit 402, le conducteur 410 se présente sous la forme d’une lame ou d’une languette comprenant des terminaux 412 et 414 raccordées entre eux par la partie centrale 416, celle-ci pouvant être prédécoupée ou affaiblie par rapport aux terminaux 412 et 414.
Le coupe-circuit 402 comporte un corps (un boîtier) ayant une forme de cylindre d’axe Z402. La première partie 420 du boîtier comporte des parois qui délimitent un logement central 426 centré sur l’axe Z402 et dans lequel sont disposés la charge pyrotechnique 422 de l’interrupteur pyrotechnique et un corps mobile 424 apte à se déplacer par translation dans le logement 426 le long de l’axe Z426. La chambre d’extinction d’arc 432 est délimitée par les parois de la deuxième partie 430 du boîtier et s’étend dans le prolongement du logement central 426.
Par exemple, le logement 426, la chambre 432 et le corps mobile 424 ont une forme cylindrique.
Tant que le coupe-circuit 402 est dans l’état fermé, la partie centrale 416 du conducteur 410 s’étend en travers du logement 426, perpendiculairement à la direction Z402.
Le fusible 440 comporte une première électrode 442 et une deuxième électrode 444, qui sont en partie insérées dans les parois de la deuxième partie 430 de boîtier et qui débouchent dans la chambre d’extinction 432 par des extrémités 446 et 448, respectivement. Par exemple, les extrémités 446 et 448 sont disposées face à face.
La barrière isolante comporte un joint torique 450 disposé dans la chambre 432 en regard des extrémités 446 et 448 des électrodes du fusible 440.
Par exemple, le joint 450 est disposé coaxialement avec l’axe Z402 en étant plaqué contre les parois de la chambre 432. Le joint 450 comporte une ouverture centrale configurée pour laisser passer le corps mobile 424 lorsqu’il est dans sa position déployée après déclenchement de la charge pyrotechnique 422.
Par exemple, le joint 450 est réalisé en matériau élastomère, par exemple en polypropylène, ou en PTFE, ou en silicone, ou tout autre matériau approprié.
Avantageusement, un deuxième joint torique 452 est disposé dans la chambre 432, au-dessus du joint 450, coaxialement avec la direction Z402. Le deuxième joint 452 permet d’éviter que lors de la coupure du courant, un arc électrique ne sorte de la chambre 432.
Avantageusement, un troisième joint torique 454 est disposé dans la chambre 432, en-dessous du joint 450, coaxialement avec la direction Z402. Le troisième joint 454 permet d’éviter que, lors de la coupure du courant, un arc électrique ne puisse passer par la partie principale 16 (celle-ci ayant été poussée vers le bas de la chambre 432 par le corps mobile 424 après le déclenchement de la charge 422).
De préférence, les joints 452 et 454 présentent une résistance supérieure à celle du joint 450, car ce dernier est configuré pour rompre quand les conditions dans la chambre l’exigent alors que les joints 452 et 454 doivent maintenir l’étanchéité de la chambre d’extinction pendant le fonctionnement du coupe-circuit.
Par exemple, les joints 452 et 454 sont réalisés en matériau élastomère, par exemple en PTFE ou en silicone, de préférence en silicone chargée d’un matériau minéral, tel que du mica. Avantageusement, au moins un joint vertical 456 en forme de bande relie les joints 450, 452 et 454 en s’étendant le long des parois de la chambre 432, par exemple en s’étendant parallèlement à la direction Z402. Bien que seul un tel joint vertical 456 soit visible sur la figure 4, en pratique plusieurs tels joints peuvent être disposés dans la chambre 432.
Par exemple, le joint vertical 456 est réalisé en matériau élastomère, par exemple en PTFE ou en silicone, par exemple en silicone chargée d’un matériau minéral, tel que du mica, de préférence dans le même matériau que les joints 452 et 454.
La figure 6 représente un coupe-circuit 502 selon un autre mode de réalisation de l’invention.
Le coupe-circuit 502 est similaire au coupe-circuit 2 mais diffère de ce dernier par le fait que la barrière isolante comporte une capsule métallique 550 montée de façon étanche autour de l’extrémité 46 de l’électrode 42 et qui définit un volume 552 comparable au volume 52, comme illustré par l’insert (a) de la figure 6.
Tant que la capsule métallique 550 est intacte, l’électrode 42 est isolée du reste de la chambre 32 par l’air ou par le vide contenu dans le volume 552.
Lorsque la pression dans la chambre 32 dépasse le seuil de pression prédéfini, la capsule 550 subit une déformation qui la contraint à venir en contact direct avec l’électrode 42, de préférence avec l’extrémité libre 46 de l’électrode 42, au niveau d’une zone de déformation 554, comme illustré schématiquement par l’insert (b) de la figure 6. Ce faisant, l’électrode 42 est en contact électrique avec la capsule 550, même si cette dernière n’est pas rompue et un contact électrique peut être établi par un arc électrique entre l’électrode 42 et le conducteur 10.
Selon une autre variante, l’extrémité 46 de l’électrode 42 a une forme de pointe et est configurée pour perforer la capsule 550 lorsque celle-ci se déforme et vient en contact avec l’extrémité 46. Cette perforation forme un orifice dans la capsule 550, par lequel l’intérieur du volume 552 est mis en communication avec le reste de la chambre 32. La barrière isolante est ainsi rompue et un contact électrique peut être établi par un arc électrique entre l’électrode 42 et le conducteur 10.
Cette variante peut avantageusement être mise en oeuvre dans le cas d’une capsule ou d’une paroi qui n’est pas nécessairement métallique ou électriquement conductrice, par exemple dans le cas d’une membrane ou d’une barrière isolante en plastique. Selon une autre variante, la capsule 550 est configurée pour être rompue lorsque la pression dans la chambre 32 dépasse le seuil de pression prédéfini. Par exemple, une prédécoupe est préalablement formée sur une face de la capsule 550. En cas de surpression, la zone prédécoupée se détache totalement ou partiellement du reste de la capsule, formant ainsi un orifice dans la capsule 550, par lequel l’intérieur du volume 552 est mis en communication avec le reste de la chambre 32. La barrière isolante est ainsi rompue et un contact électrique peut être établi par un arc électrique entre l’électrode 42 et le conducteur 10.
Cette variante peut avantageusement être mise en oeuvre dans le cas d’une capsule ou d’une paroi qui n’est pas nécessairement métallique ou électriquement conductrice, par exemple dans le cas d’une membrane ou d’une barrière isolante en plastique.
Selon des modes de réalisation alternatifs non illustrés, la capsule 550 peut être remplacée par une ou plusieurs parois métalliques.
Mis à part ces différences, la description du coupe-circuit 2 est applicable au coupe-circuit 502.
Il est à noter que, dans cet exemple, la paroi 30 de la chambre d’extinction d’arc 32 comporte une zone de renfort 560 qui dépasse à l’intérieur de la chambre 32 pour guider l’arc électrique A vers un emplacement particulier de la chambre 32.
Cette zone de renfort 560 n’est pas indispensable et peut être omise en variante. Dans des modes de réalisation alternatifs, une ou plusieurs zones de renfort 560 pourraient être utilisées dans les coupe-circuits selon les autres modes de réalisation ici décrits.
La figure 7 représente un coupe-circuit électrique 602 selon un autre mode de réalisation de l’invention.
Le coupe-circuit 602 est similaire au coupe-circuit 2 mais diffère de ce dernier par le fait que la barrière isolante comporte un revêtement 650 électriquement isolant déposé sur l’extrémité 46 de l’électrode 42 et, de préférence, sur toute la partie de l’électrode 42 qui s’étend dans la chambre 32. Le revêtement 650 isole l’électrode 42 du reste de la chambre 32 et empêche l’établissement d’un contact électrique, même par l’intermédiaire d’un arc électrique, entre l’électrode 42 et le conducteur 10. Le revêtement 650 est configuré pour fondre lorsque la température dans la chambre 32 dépasse une température prédéfinie. En fondant ou en se sublimant, le revêtement expose l’électrode 42 et permet l’établissement d’un contact électrique avec le conducteur 10. Selon des exemples, le revêtement 650 est en polymère, par exemple en polyamide ou en polypropylène ou en polyimide. En variante, le revêtement 650 est de l’émail. Par exemple, l’électrode 42 est formée en connectant au fusible 40 une portion de fil émaillé.
Mis à part ces différences, la description du coupe-circuit 2 est applicable au coupe-circuit 602.
La figure 8 représente un coupe-circuit électrique 702 selon un autre mode de réalisation de l’invention.
Le coupe-circuit 702 est similaire au coupe-circuit 2 mais diffère de ce dernier par le fait qu’il comporte deux fusibles 710, 720 à la place du fusible 40. Par exemple, le premier fusible 710 comporte une première électrode 712 qui débouche à l’intérieur de la chambre 32 et une deuxième électrode 714 connecté au conducteur 10, par exemple ici connectée au terminal 14. De façon analogue, le deuxième fusible 720 comporte une première électrode 722 qui débouche à l’intérieur de la chambre 32 et une deuxième électrode 724 connecté au conducteur 10, par exemple ici connectée au terminal 14 par l’intermédiaire d’une électrode commune avec l’électrode 714.
Les deux fusibles 710 et 720 ont des calibres différents.
Par exemple, le fusible 710 a un calibre en courant de 50 A et le fusible 720 a un calibre en courant de 150 A.
Une première barrière isolante est associée à l’électrode 412 du premier fusible 410 et une deuxième barrière isolante est associée à l’électrode 422 du deuxième fusible 420. Les première et deuxième barrières isolantes sont telles que précédemment décrites. Par exemple, la première barrière comporte une paroi 730 et un volume 732 similaires à la capsule 550 et au volume 552. De façon analogue, la deuxième barrière comporte une paroi 740 et un volume 742 similaires à la capsule 550 et au volume 552.
Bien qu’illustrées ici sous la forme de capsules similaires à la capsule 550, les parois 730 et 740 peuvent être réalisées de façon différente. Par exemple, il peut s’agir de parois analogues à la paroi 50.
Avantageusement, les première et deuxième barrières sont configurées pour rompre sous des conditions différentes, notamment pour ne pas rompre en même temps. Par exemple, la première barrière est configurée pour rompre avant la deuxième barrière lorsqu’un arc électrique A est présent après la coupure du conducteur 10 et que la température et/ou la pression et/ou l’intensité de l’arc va en augmentant. De préférence, la barrière étant associée au fusible 410 ou 420 ayant le plus faible calibre en courant des deux fusibles est configurée pour rompre avant la barrière associée à l’autre fusible 410 ou 420.
Le mode de réalisation de la figure 7 peut être généralisé à d’autres modes de réalisation dans lesquels plus de deux fusibles 410, 420 sont utilisés.
Mis à part ces différences, la description du coupe-circuit 2 est applicable au coupe-circuit 702.
La figure 9 représente un coupe-circuit électrique 802 selon un autre mode de réalisation de l’invention.
Le coupe-circuit 802 est similaire au coupe-circuit 2 mais diffère de ce dernier par le fait qu’il comporte un conducteur électrique additionnel 860 raccordé à un des terminaux du conducteur 10 (ici au terminal 12), le conducteur électrique additionnel 860 étant isolé de la chambre d’extinction d’arc et comportant une extrémité libre 862 qui débouche à l’intérieur du volume 52 délimité par la paroi 50.
Par exemple, le conducteur électrique additionnel 860 est formé à l’extérieur du corps 30 ou dans une paroi du corps 30 (par exemple par surmoulage).
Selon des modes de réalisation donnés à titre d’exemple, le conducteur électrique additionnel 860 est en tungstène.
Avantageusement, la distance d’isolement entre l’extrémité 862 du conducteur électrique additionnel 860 et l’extrémité 46 de l’électrode 42 est choisie pour permettre l’isolation électrique dans l’air pour une tension électrique supérieure ou égale à au moins 1 ,5 fois la tension électrique du générateur utilisé dans le circuit électrique auquel le coupe-circuit 802 est associé.
Grâce à la distance d’isolement, aucun arc électrique ne peut s’établir entre les extrémités 46 et 862 tant que la barrière 50 n’a pas été rompue.
Après le déclenchement de l’interrupteur 22, 24, une fois la barrière rompue sous l’effet de l’arc électrique A, le volume 52 est mis en communication avec l’atmosphère ionisée de la chambre d’extinction d’arc. L’arc électrique peut alors s’établir entre les extrémités 46 et 862, connectant de fait le fusible 40 au terminal 12.
L’utilisation du conducteur électrique additionnel 860 permet de connecter le fusible 40 avec une meilleure fiabilité, car la distance entre les extrémités 46 et 862 peut être facilement définie lors de la fabrication du coupe-circuit 802, alors qu’il n’est pas toujours possible de prévoir avec précision quelle sera la distance entre la partie 16 et l’électrode 46 suite à la séparation du conducteur 10. Selon une variante, la paroi 50 peut comporter une couche électriquement conductrice sur sa face extérieure, c’est-à-dire sa face exposée du côté de la chambre 32. Cela permet d’attirer plus facilement l’arc électrique près de la paroi 50 et d’en faciliter la rupture par fusion.
Selon une autre variante optionnelle, pouvant être combinée avec la précédente variante, la paroi 50 peut comporter une couche électriquement conductrice sur sa face intérieure, c’est-à-dire sur sa face qui se trouve à l’intérieur du volume 52. Cette couche électriquement conductrice est alors capable d’assurer un contact électrique entre les 2 électrodes 46 et 862 après la rupture de la barrière.
Cela permet d’obtenir un seuil dépendant à la fois de la température et de la pression, la plus « forte » de ces grandeurs déclenchant alors la rupture de la barrière pour provoquer la connexion du fusible 40.
Mis à part ces différences, la description du coupe-circuit 2 est applicable au coupe-circuit 802.
La figure 10 représente un coupe-circuit électrique 902 selon un autre mode de réalisation de l’invention.
Le coupe-circuit 902 est globalement similaire au coupe-circuit 2 mais diffère de ce dernier par le fait que le dispositif de connexion ne comporte pas une barrière telle que définie précédemment séparant l’extrémité 46 du reste de la chambre d’extinction d’arc.
A la place, le dispositif de connexion comporte un logement 910 formé dans une paroi du corps 30 et dans laquelle sont disposées une barrière 912 et une pièce mobile 914 électriquement conductrice, par exemple en métal, montée coulissante dans le logement 910.
Par exemple, le logement 910 est un canal, de préférence de forme cylindrique, qui débouche à l’extérieur du corps 30.
L’extrémité de l’électrode 44 du fusible 40 débouche dans le logement 910 par son extrémité libre 916. Une électrode supplémentaire est raccordée au terminal 14 et débouche dans le logement 910 par son extrémité libre 918. Par exemple, les extrémités 916 et 918 sont disposées en regard l’une avec l’autre.
Les extrémités 916 et 918 sont séparées à distance l’une de l’autre, par exemple avec une distance d’isolement telle que définie précédemment.
La pièce mobile 914 est déplaçable entre une position de repos, dans laquelle elle reste à distance des extrémités 916 et 918, et une position excitée dans laquelle elle raccorde électriquement ladite électrode du fusible 40 avec ledit terminal 14, en venant en contact direct avec les extrémités 916 et 918. Sur la figure 10, la pièce mobile 914 est illustrée dans sa position de repos. La position occupée par la pièce mobile 914 dans la position excitée est représentée par le contour en pointillés 914’.
La barrière 912 est disposée de manière à séparer la chambre d’extinction d’arc 32 du logement 910, par exemple en fermant une entrée du logement 910.
La barrière 912 est configurée pour rompre lorsque le seuil prédéfini dans la chambre d’extinction 32 est dépassé.
Ainsi, la barrière 912 peut avantageusement être une paroi analogue à la paroi 50 ou à la capsule 550.
De préférence, la barrière 912 est configurée pour rompre lorsque la pression à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc 32 dépasse le seuil prédéfini.
Une fois la barrière rompue, la pièce mobile 914 est déplacée de sa position initiale de repos vers la position excitée 914’ sous l’effet de l’augmentation de pression dans le logement 910 causée par la mise en communication fluidique avec la chambre 32. En d’autres termes, la pièce 914 agit à la manière d’un piston. Ce déplacement est illustré par la flèche F1 sur la figure 10.
Par exemple, la pièce 914 a une forme complémentaire à la forme de la section du logement 910.
De préférence, la pièce 914 est montée dans le logement 910 avec un jeu nul ou négatif afin de pouvoir rester maintenue dans la position de repos tant que la barrière 912 n’a pas été rompue et qu’elle n’a pas été déplacée par l’augmentation de pression. Cela limite le risque que la pièce 914 se déplace accidentellement vers la position excitée par exemple lorsque le coupe-circuit 902 est soumis à un choc ou à une forte accélération.
En variante, dans le même but, la pièce 914 pourrait être mécaniquement connectée avec la barrière 912, par exemple par surmoulage.
Avantageusement, le logement 910 comporte des moyens de retenue 920, tels qu’une ou plusieurs butées, qui limitent le déplacement de la pièce mobile 914 pour l’empêcher d’aller plus loin que la position excitée 914’. Ainsi, la pièce 914 reste maintenue dans la position excitée 914’.
Dans des modes de réalisation alternatifs, bien que cela ne soit pas dessiné sur la figure 10, le coupe-circuit 902 pourrait inclure un dispositif de connexion supplémentaire tel que défini dans les modes de réalisation des figures 1 à 9, associé à l’extrémité 46 de l’électrode 42. Selon des variantes, l’extrémité 46 et l’électrode 42 peuvent être omises et remplacées par une électrode 922 qui raccorde directement l’extrémité du fusible 40 au terminal 12, sans forcément passer par la chambre d’extinction d’arc.
Mis à part ces différences, la description du coupe-circuit 2 est applicable au coupe-circuit 902.
Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, une fois la barrière isolante rompue, la mise en contact entre l’électrode 42 et le conducteur 10 est réalisée au moyen d’un arc électrique A’. Toutefois, selon des modes de réalisation non illustrés, cette connexion est directement réalisée par une mise en contact direct entre l’électrode et le conducteur 10.
Par exemple, l’électrode 42 est disposée de telle sorte dans la chambre 32 que la partie sectionnée 16 tombe en contact contre la paroi 50 (ou la capsule 550) après la coupure du conducteur 10. Lorsque la barrière est rompue (par exemple par destruction de la paroi 50 ou de la capsule 550), la partie sectionnée 16 est en contact direct avec l’électrode 42.
Dans les modes de réalisation ci-dessus, seule l’électrode 42 du fusible émerge dans la chambre 32. Toutefois, selon des variantes non illustrées, l’autre électrode 44 du fusible pourrait également émerger dans la chambre 32. Dans ce cas, deux arcs électriques distincts sont nécessaires pour connecter électriquement le fusible 40 aux deux terminaux 12 et 14 du conducteur 10.
Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, les dispositifs de coupure sont décrits à titre d’exemple comme étant associés à l’électrode 42 ou à l’électrode 44 (et, respectivement, au terminal 12 ou au terminal 14), mais on comprend qu’en variante, ces dispositifs de coupure peuvent être utilisés sur l’autre électrode 44 ou 42 du fusible (et donc sur l’autre terminal 14 ou 12), voire sur les deux électrodes 42 et 44 à la fois.
D’autres modes de réalisation sont possibles. Les variantes additionnelles décrites ci-après peuvent être combinées aux modes de réalisation précédemment décrits selon toute combinaison techniquement admissible.
Selon une variante du mode de réalisation du coupe circuit 802 illustré à la figure 9, l’extrémité libre 862 du conducteur additionnel 860 peut déboucher à l’intérieur de la chambre d’extinction 32, tout en étant à l’extérieur du volume 52 délimité par la paroi 50, l’électrode 46 restant isolée du reste de la chambre de coupure par la membrane 50
Cette disposition permet de placer l’extrémité libre 862 librement dans la chambre d’extinction 32, et ainsi de s’adapter à la géométrie de cette chambre d’extinction. Même si l’extrémité libre 862 n’est alors plus isolée du terminal 14, l’arc électrique passera de toute façon par l’électrode 46 une fois que la paroi 50 aura été rompue.
L’extrémité libre 862 pouvant ainsi être placée librement, il est possible de la placer à une faible distance de l’électrode 46, par exemple à moins de 500pm, afin de réduire la longueur de l’arc électrique, et donc de diminuer l’énergie que dissipe cet arc électrique à l’intérieur de la chambre 52 ainsi qu’à l’intérieur de la chambre d’extinction 32.
Selon une variante, notamment applicable aux modes de réalisation des figures 6 et 8, la capsule métallique 550 peut être déformable de façon bistable, c’est-à-dire déformable de façon réversible entre un premier état dans lequel la capsule n’est pas en contact avec l’électrode 46, et un deuxième état dans lequel l’électrode 46 est en contact directe avec la capsule métallique 550 pour établir une conductivité électrique.
Le caractère bistable de la déformation de la capsule métallique peut être obtenu grâce à une conformation spécifique de la paroi supérieure de la capsule, par exemple grâce à une forme bombée, ou une forme de dôme.
Dans l’exemple illustré, dans le premier état, la forme bombée est éloignée de l’électrode 46. Dans le deuxième état, la forme bombée est inversée et vient en contact avec l’électrode 46. Cela favorise la mise en contact avec l’électrode 46 et assure un bon effet de seuil.
Selon une implémentation particulière de cette variante, dont un exemple est illustré par la figure 1 1 , le coupe-circuit 502 comporte un conducteur additionnel analogue au conducteur additionnel 860, et qui relie le terminal 12 à la capsule métallique, qui porte ici la référence 1050. Cela procure les mêmes avantages que ceux décrits en référence au conducteur additionnel 860.
Selon une autre variante, l’extrémité libre du conducteur additionnel peut déboucher à l’intérieur du volume 1052 délimité par la capsule 1050.
Selon encore une autre variante, le conducteur additionnel peut être relié à la capsule métallique même lorsque la capsule n’est pas déformable de façon bistable, à l’instar de la capsule 550 précédemment décrite.
Selon une variante du mode de réalisation du coupe circuit 902 illustré à la figure 10, la pièce mobile 914 est couplée à un organe de rappel, tel qu’un ressort hélicoïdal ou un ressort précontraint, configuré pour repousser la pièce mobile vers sa position excitée. Tant que la barrière 912 n’est pas rompue, la pièce mobile 914 reste en position dans la position de repos. Lorsque la barrière 912 est rompue, la pièce mobile est déplacée vers la position excitée notamment sous l’action de l’organe de rappel.
Cela permet d’éviter que la pièce mobile 914 n’établisse pas complètement le contact électrique avec les extrémités 916 et 918 au cas où la barrière aurait été rompue mais où les conditions dans la chambre d’extinction ne seraient pas suffisantes pour complètement déplacer la pièce mobile 914.
De façon générale, les coupe-circuits conformes à un ou à plusieurs des modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être connectés entre eux, par exemple en série ou en parallèle, au moyen de leurs terminaux 12, 14 respectifs, pour former un dispositif coupe-circuit présentant des performances accrues.
Selon des modes de réalisation optionnels, comme illustré sur la figure 12, lorsque deux coupe-circuits 1 100 et 1 102 sont connectés entre eux, le fusible 40 de l’un des coupe-circuits peut être omis et remplacé par un conducteur électrique
1 1 10 reliant leurs électrodes 42 respectives.
Les modes de réalisation et les variantes envisagés ci-dessus peuvent être combinés entre eux pour donner naissance à de nouveaux modes de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Coupe-circuit électrique, comportant :
un conducteur électrique (10) comprenant un premier terminal (12) et un deuxième terminal (14) ;
un interrupteur (22, 24) configuré pour séparer le premier terminal du deuxième terminal lorsqu’il est déclenché en réponse à un ordre de coupure du courant ;
une chambre d’extinction d’arc (32) délimitée par un corps du coupe- circuit, la chambre d’extinction d’arc étant configurée pour recevoir, après déclenchement de l’interrupteur, une portion (16) du conducteur électrique étant séparée au moins du premier terminal ou du deuxième terminal ;
un fusible (40) configuré pour être connecté électriquement entre les premier et deuxième terminaux après le déclenchement de l’interrupteur ;
le coupe-circuit étant caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de connexion comportant une barrière (50, 52, 912) configurée pour être rompue postérieurement au déclenchement de l’interrupteur uniquement lorsqu’au moins l’une ou l’autre de la température, ou de la pression à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc (32), ou de l’intensité d’un arc électrique présent dans la chambre d’extinction d’arc (32) dépasse un seuil prédéfini, le dispositif de connexion étant configuré pour connecter une électrode (42, 916) du fusible (40) à un des terminaux (12, 918) du conducteur électrique (10) seulement une fois que la barrière (50, 52, 912) est rompue.
2. Coupe-circuit selon la revendication 1 , dans lequel au moins une électrode (42) du fusible (40) s’étendant à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc (32), la barrière étant une barrière (50, 52) électriquement isolante qui sépare ladite au moins une électrode (42) du reste de la chambre d’extinction d’arc (32).
3. Coupe-circuit selon la revendication 2, dans lequel la barrière isolante comporte une paroi (50) qui délimite un volume (52) autour de ladite au moins une électrode (42) du fusible (40) dans la chambre d’extinction d’arc (32).
4. Coupe-circuit selon la revendication 3, dans lequel la paroi (50) est électriquement isolante.
5. Coupe-circuit selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel la paroi (50) est configurée pour fondre lorsque la température dans la chambre d’extinction d’arc (32) dépasse un seuil prédéfini.
6. Coupe-circuit selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel la paroi (50) comporte une zone prédécoupée configurée pour se détacher et former une ouverture dans la paroi (50) lorsque la pression dans la chambre d’extinction d’arc (32) dépasse un seuil prédéfini.
7. Coupe-circuit selon la revendication 2, dans lequel la barrière isolante comporte un revêtement électriquement isolant (650) déposé sur ladite au moins une électrode (42) du fusible (40) dans la chambre d’extinction d’arc (32), ce revêtement étant configuré pour fondre lorsque la température dans la chambre d’extinction d’arc (32) dépasse un seuil prédéfini.
8. Coupe-circuit selon l’une quelconque des revendications 3 à 6 ou selon la revendication 7, dans lequel la paroi (50) ou le revêtement (650) est recouvert d’au moins une couche extérieure électriquement conductrice.
9. Coupe-circuit selon la revendication 3, dans lequel la paroi (50) est en métal.
10. Coupe-circuit selon la revendication 3 ou la revendication 9, dans lequel la paroi (550) est configurée pour se déformer lorsque la pression dans la chambre d’extinction d’arc (32) dépasse un seuil prédéfini, jusqu’à venir en contact contre l’extrémité libre (46) de ladite au moins une électrode (42).
11. Coupe-circuit selon la revendication 10, dans lequel l’extrémité libre (46) de ladite au moins une électrode (42) est configurée pour perforer la paroi (550) lorsque la paroi (550) se déforme et entre en contact avec ladite extrémité libre (46).
12. Coupe-circuit selon la revendication 3 ou la revendication 9, dans lequel la paroi (50) comporte une zone prédécoupée configurée pour se détacher et former une ouverture dans la paroi (50) lorsque la pression dans la chambre d’extinction d’arc (32) dépasse un seuil prédéfini.
13. Coupe-circuit selon la revendication 2, dans lequel le coupe-circuit (302) comporte un circuit de commande (310), un capteur (316) pour mesurer une condition à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc (32) et un actionneur auxiliaire (312) configuré pour rompre la barrière isolante et dans lequel le circuit de commande (310) est configuré pour déclencher l’actionneur auxiliaire (312) lorsqu’une grandeur physique mesurée par le capteur (316) dépasse une valeur seuil.
14. Coupe-circuit selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le coupe-circuit (702) comporte un fusible additionnel (720) configuré pour être connecté électriquement entre les premier et deuxième terminaux après le déclenchement de l’interrupteur, au moins une électrode (722) du fusible additionnel s’étendant à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc (32), le coupe-circuit comportant en outre une barrière additionnelle (740, 742) électriquement isolante qui sépare ladite électrode (722) du fusible additionnel du reste de la chambre d’extinction d’arc (32), ladite barrière étant configurée pour être rompue postérieurement au déclenchement de l’interrupteur uniquement lorsqu’au moins l’une ou l’autre de la température, ou de la pression à l’intérieur de la chambre d’extinction d’arc (32), ou de l’intensité d’un arc électrique présent dans la chambre d’extinction d’arc (32) dépasse un seuil prédéfini, ce seuil étant différent du seuil de déclenchement associé à la barrière isolante de l’autre fusible (710).
15. Coupe-circuit selon l’une quelconque des revendications 3, 4, 5, 6, 8, 9,
10, 1 1 , 12 ou selon la revendication 14 combinée avec l’une quelconque des revendications 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 1 1 , 12, dans lequel le coupe-circuit (802) comporte un conducteur électrique additionnel (860) raccordé à un des terminaux (12) du conducteur électrique, le conducteur électrique additionnel (860) étant isolé de la chambre d’extinction d’arc et comportant une extrémité libre (862) qui débouche à l’intérieur du volume (52) délimité par la paroi (50).
16. Coupe-circuit (902) selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif de connexion comporte une pièce mobile (914) électriquement conductrice déplaçable entre une position de repos et une position excitée dans laquelle elle raccorde électriquement ladite électrode (916) du fusible (40) avec ledit terminal (14), la pièce mobile étant montée coulissante dans un logement (910) du coupe-circuit (902), la barrière étant disposée de manière à séparer la chambre d’extinction d’arc du logement (910) et étant configurée pour rompre lorsque le seuil prédéfini est dépassé.
17. Coupe-circuit selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’interrupteur (22, 24) est un interrupteur pyrotechnique.
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