WO2022043399A1 - Appareil pour interrompre un courant électrique - Google Patents

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WO2022043399A1
WO2022043399A1 PCT/EP2021/073540 EP2021073540W WO2022043399A1 WO 2022043399 A1 WO2022043399 A1 WO 2022043399A1 EP 2021073540 W EP2021073540 W EP 2021073540W WO 2022043399 A1 WO2022043399 A1 WO 2022043399A1
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WO
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fuse
voltage suppressor
voltage
circuit breaker
blade
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/073540
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English (en)
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Jean-François OEUVRARD
Patrice Fleureau
Jean-François De Palma
Tomokazu SAKURABA
Original Assignee
Mersen France Sb Sas
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Publication date
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    • 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
    • H01H85/44—Structural association with a spark-gap arrester
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/06—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using spark-gap arresters
    • 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
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/041—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges characterised by the type
    • H01H85/048—Fuse resistors
    • H01H2085/0486—Fuse resistors with voltage dependent resistor, e.g. varistor

Definitions

  • TITLE Apparatus for interrupting an electric current
  • the invention relates to an apparatus for interrupting an electric current.
  • the invention relates in particular to the field of electrical protection.
  • Fuses usually feature a fuse link placed in a case filled with a material such as silica.
  • the blade is configured to melt when the intensity of the current flowing through the fuse exceeds a predetermined value for a certain period of time.
  • Some contemporary applications today require the ability to interrupt a high-intensity electric current with a very fast reaction time. This is for example the case of applications related to electric vehicles or photovoltaic panels.
  • WO 2018/167169 A1 describes an example of such an electrical device, in which a fuse is connected in parallel with a pyrotechnic circuit breaker.
  • the pyrotechnic circuit breaker is configured to trigger with a very short reaction time in the event of an electrical fault, and the fuse is configured to ensure total interruption of the current, for example to prevent any reformation of a electric arc in the pyrotechnic circuit breaker.
  • the fuse helps interrupt an electrical current that the circuit breaker alone could not safely and effectively cut.
  • the fuse must only be connected in parallel with the circuit breaker when the circuit breaker is tripped, to prevent the fuse from being permanently crossed by an electric current, as this could lead premature aging of the fuse.
  • one aspect of the invention relates to an apparatus for interrupting an electric current, comprising a circuit breaker, a fuse blade and at least one voltage suppressor element connected in series with the fuse blade, the fuse blade and the least one voltage suppressor element being connected together in parallel to the circuit breaker.
  • such a device may incorporate one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically permissible combination:
  • the voltage suppressor element comprises a gas discharge tube
  • the voltage suppressor element is formed by providing a cutout in the fuse link, said cutout being at least partially covered by an electrically insulating envelope;
  • the electrically insulating casing is made of an insulating material, such as a polymer or a ceramic material;
  • the electrically insulating envelope contains a volume of air or gas
  • the fuse blade and the voltage suppressor element are housed in a body filled with an insulating filler material such as sand, said cutout being at least partially filled with the filler material;
  • the device comprises two fuse blades connected in parallel with each other and at least two voltage suppressor elements, each fuse blade being connected to at least one of the voltage suppressor elements;
  • the device comprises two blade fuses connected in parallel with each other between the same voltage suppressor elements;
  • one of the fuse links has a higher current rating than that of the other fuse link
  • a first fuse link having a first current-time characteristic and a first current rating is connected to one or more voltage suppressor elements having a first voltage rating
  • a second fuse link having a second current-time characteristic and a second current rating is connected to one or more voltage suppressor elements having a second voltage rating
  • the first current caliber is smaller than the second current caliber and the first voltage caliber is smaller than the second voltage caliber
  • the circuit breaker, the fuse blade and the at least one voltage suppressor element are housed in the same housing;
  • the circuit breaker is a pyrotechnic circuit breaker
  • the circuit breaker is a fuse
  • the circuit breaker is an electromagnetic contactor.
  • Figure 1 schematically shows an apparatus for interrupting an electric current in accordance with embodiments of the invention
  • FIG 2 schematically shows a fuse blade and a transient voltage suppressor element for the device of Figure 1 according to one embodiment
  • Figure 3 schematically represents a fuse blade and a transient voltage suppressor element for the apparatus of Figure 1 according to another embodiment
  • FIG 4 Figure 4 schematically shows another embodiment of the transient voltage suppressor element of Figures 2 and 3;
  • Figure 5 schematically represents a variant of the transient voltage suppressor element of Figure 4.
  • FIG 6 Figure 6 schematically represents another embodiment of the apparatus of Figure 1.
  • FIG. 1 represents an embodiment of an electrical device 2 configured to interrupt an electrical current, for example in order to protect an electrical load or an electrical installation.
  • the device 2 comprises a circuit breaker 4 and a fuse 6 intended to be electrically connected in parallel with the circuit breaker 4, being connected to terminals 8, 10 of the circuit breaker 4.
  • circuit breaker 4 can be switched from an electrically conductive state to an electrically blocking (or open) state.
  • the circuit breaker 4 can be a pyrotechnic circuit breaker.
  • circuit breaker 4 may include an explosive charge configured to, when triggered, physically cut an electrical conductor extending between terminals 8 and 10 of circuit breaker 4.
  • the circuit breaker 4 can be a fuse cartridge, or an electromechanical device, such as for example an electromagnetic contactor, or a semiconductor switch, or any other appropriate device.
  • Device 2 also comprises at least one transient voltage suppressor element 12, 14, connected to a fuse blade 16 of fuse 6.
  • the fuse blade 6 can be housed in an insulating fuse body, for example made of ceramic material, which can be of tubular shape and filled with a filling material as defined above, for example with sand. At the ends of the fuse body are placed two conductive terminals intended to be connected to the fuse blade.
  • an insulating fuse body for example made of ceramic material, which can be of tubular shape and filled with a filling material as defined above, for example with sand.
  • the device 2 may comprise several transient voltage suppressor elements 12, 14, connected to one or more fuse blades 16 of the fuse 6.
  • the fuse blade 16 and the at least one voltage suppressor element 12, 14 are electrically connected in series with each other.
  • the fuse 6 (and therefore the fuse blade 16) and the at least one voltage suppressor element 12, 14 are connected together in parallel with the circuit breaker 4, between the terminals 8 and 10 of the circuit breaker 4.
  • a voltage suppressor element also known as “surge arrester device” and “transient voltage surge arrester device” in English, is a passive electrical component configured to remain in an electrically blocking state as long as the electrical voltage at its two terminals remains lower than a predefined threshold value, and to become electrically conductive, generally irreversibly, once the electrical voltage at its terminals exceeds the predefined threshold value.
  • the voltage suppressor element may include a discharge tube suppressor, better known as the “gas arrester” or “gas discharge tube” in English.
  • the two terminals of the voltage suppressor element are connected to conductive electrodes which are separated by a volume of gas encapsulated in a tube or a glass bulb.
  • An electric current can flow between the two separated electrodes when the electric voltage between these electrodes exceeds the predefined voltage threshold value.
  • the voltage suppressor element can be the discharge tube suppressor manufactured by the company Bourns, Inc. and marketed under the reference "2063-60", this example not being limiting and being given only to as an example.
  • the voltage suppressor element(s) 12, 14 may be constructed differently, as explained below.
  • one or more of the voltage suppressor elements could alternatively comprise a transil diode (also called TSV diode, for "transient voltage suppression diode” in English), or a varistor (preferably a metal-oxide varistor), or any equivalent item.
  • a transil diode also called TSV diode, for "transient voltage suppression diode” in English
  • a varistor preferably a metal-oxide varistor
  • the voltage suppressor element can also be configured to return to an insulating state once the electrical voltage at its terminals has exceeded the predefined threshold value, then the electrical voltage has dropped below the predefined threshold value.
  • the voltage suppressor element can be a spark gap switch.
  • fuse 6 and voltage suppressor element(s) 12, 14 makes it possible not to leave fuse blade 16 permanently connected to circuit breaker 4.
  • the fuse blade 16 is only connected (in parallel) to the circuit breaker 4 once the electrical voltage across the terminals of the circuit breaker 4 (i.e. between terminals 8 and 10) is high enough to cause the voltage suppressor element(s) 12, 14 to pass to their conductive state.
  • this electric voltage across the terminals of the circuit breaker 4 which leads to the activation of the voltage suppressor elements, is generally caused by the appearance of an electric arc inside the circuit breaker 4 following the triggering of the latter and its switching to the open state while an electric current runs through it.
  • the caliber of the voltage suppressor elements 12, 14 (in other words, the voltage threshold value) can be chosen according to the caliber and/or any other property of the circuit breaker 4, and/or the voltage of the circuit in which it is installed
  • the voltage threshold value may be greater than or equal to 100 Volts (V), or greater than or equal to 500 V, or greater than or equal to 1000 V.
  • two or more voltage suppressor elements 12, 14 are associated with a fuse blade 16, then they are arranged so that a voltage suppressor element is connected to each end of the fuse blade 16. This makes it possible to better balance the breaking force over the entire fuse blade.
  • the device 2 can comprise a single fuse blade 6 associated with one or more voltage suppressor elements 12, 14, or can comprise several fuse blades 16 each associated with one or more voltage suppressor elements 12, 14 .
  • the fuse link 16 can be sized so as to have a current rating and/or a response to breaking (current-time response l 2 t) predefined.
  • the fuse blade 16 can be made of metallic material, such as copper or silver, and can have reduced sections.
  • fuse link 16 may be analogous to the fuse link of a conventional fuse.
  • the dimensioning of the fuse blade 16, and in particular the choice of its current rating and its current-time characteristic depends on the nominal voltage of the circuit, on the maximum current to be interrupted. It is important that the melting time of the fuse blade 16 be greater than the time required by the circuit breaker 4 to cool down in the event of a cut, in order to avoid the reappearance of an electric arc in the circuit breaker.
  • the fuse blade 16 is placed in a fuse body filled with an insulating filler material to form a fuse cartridge.
  • the fuse 6 can be a conventional fuse.
  • the voltage suppressor element(s) 12, 14 are then mounted outside the fuse 6, being connected to the fuse blade by electrical contact with terminals of the fuse 6, for example by welding or even by means of a connector or by any equivalent means.
  • the voltage suppressor elements 12, 14 are then discharge tube suppressors.
  • This solution is relatively easy to set up, and can be done by simply assembling existing electronic components available off the shelf.
  • the filler material is electrically insulating.
  • the filler material is capable of absorbing all or part of the energy released by the electric arc.
  • the filling material is a silica-based material, for example sand.
  • the fill material may be air. This embodiment is particularly applicable when the currents to be interrupted have a low intensity (for example less than 1 ampere).
  • the fuse blade 16 is housed in an insulating fuse body, filled with filler material, for example sand, to form a fuse cartridge, which can then be directly connected to terminals 8 and 10 of circuit breaker 4.
  • filler material for example sand
  • one or more voltage suppressors are connected to each fuse link while being immersed in the filler material inside the fuse body, these voltage suppressors being also connected to conductive terminals placed at the end of the fuse body.
  • the voltage suppressor elements 12, 14 share the same housing with the fuse 6, and their connection with the fuse blade(s) 16 is made inside the housing, which makes it possible to obtain a more compact result than 'with components taken off the shelf, which do not necessarily have the right size by default. Note that in this example, the voltage suppressor elements 12, 14 are not necessarily discharge tube suppressors.
  • fuse links 16 When several fuse links 16 are used, they can be connected together in series or in parallel, depending on the needs and the applications foreseen for the device 2.
  • fuse links 16 When several fuse links 16 are connected in parallel, they can be connected in parallel with each other between the same voltage suppressor elements.
  • the voltage suppressor elements 12, 14 when several fuse links 16 are used in conjunction with several voltage suppressor elements 12, 14, then the voltage suppressor elements 12, 14 can have different voltage ranges. Similarly, the fuse links 16 can have different current ratings, to present different responses and thus have different melting times. Thus, a first fuse blade 16 having a first current-time characteristic and a first current caliber h will melt for a current of lower intensity than a second fuse blade 16 having a second current-time characteristic and a second current caliber l 2 , where l 2 is greater than h.
  • a first fuse link 16 having a first current-time characteristic and a current rating h is connected to one or more voltage suppressor elements 12, 14 having a first voltage rating 111.
  • a second fuse link 16 (also connected between terminals 8 and 10, for example by being in the same fuse body as the first fuse blade 16) having a second current-time characteristic and a current rating l 2 is connected to one or more elements voltage suppressors 12, 14 having a second voltage rating U 2 .
  • the current caliber h is lower than the second current caliber l 2 and the first voltage caliber U1 is smaller than the second voltage caliber U2.
  • the fuse blade 16 which is associated with the voltage suppressor element having the lowest voltage caliber is the one which has the lowest current caliber (which melts for the lowest current)
  • this embodiment makes it possible to more easily interrupt low-intensity currents: first fuse blade melts faster, and the second fuse blade melts more slowly, but n is not activated (does not melt) if the currents are low enough to be cut by the action of the first fuse link alone.
  • the second fuse blade nevertheless proves useful or even essential if currents have a high intensity, because the first blade alone would melt too quickly compared to the characteristics of the circuit breaker in the presence of currents having high intensity values. It is understood that, during operation of the device 2, the voltage suppressor elements 12, 14 are initially insulating and prevent the current from flowing through the fuse blades 16. When the circuit breaker 4 is triggered to switch to its closed state, an electric arc appears between terminals 8 and 10.
  • the electrical voltage between these terminals 8 and 10 increases, until it reaches the first voltage threshold LU.
  • the first fuse link is crossed by the current, until it melts.
  • the electric voltage between these terminals 8 and 10 exceeds the second voltage threshold U2, allowing the second voltage suppressor elements to become in turn conductive and the second fuse blade 16 to begin to melt.
  • the successive activation of the fuse blades 16 makes it possible to relieve the circuit breaker 4 of the current which continues to circulate between the terminals 8 and 10, which contributes to its cooling and to the extinction of the current.
  • the association of one or more voltage suppressor elements 12, 14 with at least one fuse blade 16 of a fuse 6 mounted in parallel with the circuit breaker 4 makes it possible to interrupt quickly, in one limited time, electric currents whose intensity can vary within a wide range. Moreover, as the voltage suppressor elements 12, 14 prevent the electric current from flowing in the fuse blades 16 as long as the circuit breaker 4 is not tripped, it is avoided that the fuse blades 16 are permanently traversed by a current. electric. This prevents premature wear, which could lead to a premature degradation of their performance.
  • FIGS. 2 and 3 relate more particularly to possible implementations of this embodiment in which the fuse blades as well as the voltage suppressor element(s) 12, 14 are placed together in a fuse body.
  • a fuse 20 comprises a fuse body 22 at the ends of which are placed two connection terminals 24 and 26.
  • the internal volume delimited by the fuse body 22 is filled with a siliceous material, such as sand.
  • a first fuse blade 30 is connected, inside the volume delimited by the fuse body 22, between two voltage suppressor elements 32 and 34, which are themselves respectively connected to the connection terminals 24 and 26.
  • a second fuse blade 36 is connected, inside the volume delimited by the fuse body 22, between two other voltage suppressor elements 38 and 40, which are themselves respectively connected to the connection terminals 24 and 26.
  • a fuse 50 comprises a fuse body 22 at the ends of which are placed two connection terminals 24 and 26.
  • the internal volume delimited by the fuse body 22 is filled with a siliceous material, such as sand.
  • a first fuse blade 52 is connected, inside the volume delimited by the fuse body 22, between two voltage suppressor elements 56 and 60, which are themselves respectively connected to the connection terminals 24 and 26.
  • a second fuse blade 54 is connected, inside the volume delimited by fuse body 22, between two other voltage suppressor elements 58 and 62, which are themselves respectively connected to voltage suppressor elements 56 and 60. However, the two other voltage suppressor elements 58 and 62 are not directly connected to the connection terminals 24 and 26.
  • the voltage suppressor elements can be integrated into the fuse links.
  • the voltage suppressor elements are not separate elements that are added or connected to an existing fuse link.
  • a voltage suppressor element is formed by providing a cutout in the fuse blade, said cutout being at least partially covered by an electrically insulating casing, for example made of electrically insulating material.
  • the insulating material can be a ceramic, or a polymeric material, such as plastic, or any suitable material.
  • the cutout can be filled with a volume of air or electrically insulating gas enclosed in the casing made of insulating material, or else with a filling material such as sand.
  • Figure 4 illustrates a first variant, represented at different stages of manufacture identified chronologically by the inserts a), b), c) and d).
  • a fuse 70 includes a cutout 72 formed in a fuse blade 74 and which divides the fuse blade 74 into two blade portions 74a and 74b.
  • the cutout 72 has the effect of separating and electrically isolating the two proximal ends of the blade portions 74a and 74b from each other, by forming a spacing (or “air gap” in English) devoid of conductive material.
  • the spacing between the two blade portions 74a and 74b is kept constant, thanks to the electrically insulating casing 78, 80.
  • fuse link 74 extends along a longitudinal direction.
  • the cutout 72 is formed in a direction perpendicular or essentially perpendicular to the longitudinal direction.
  • the fuse link 74 may comprise perforations 71 forming reduced sections which make it possible to define a specific current-time characteristic.
  • the fuse blade 74 also comprises additional orifices 76 made in the vicinity of the cutout 72. These additional orifices are preferably made on each of the blade portions 74a and 74b.
  • the cutout 72 as well as the perforations 71 and the additional orifices 76, can be formed by punching a fuse blade 74.
  • the envelope in insulating material is mounted on the fuse link to surround the cutout 72.
  • the electrically insulating envelope is configured to trap a volume of air inside the envelope, so that the proximal ends of the blade portions 74a and 74b (that is to say the ends being face on either side of the cutout 72) are separated by an insulating medium.
  • the enclosure is airtight when fully assembled around cutout 72.
  • the electrically insulating casing may include a separator made of insulating material arranged so as to project from one of the internal walls of the casing to be inserted into the cutout 72, between the blade portions 74a and 74b.
  • the electrically insulating envelope is divided into two parts 78 and 80.
  • the two parts are for example rigid or semi-rigid plates or shells.
  • the first part 78 is first fixed to the two blade portions 74a and 74b, for example by being pressed against the lower faces of the blade portions 74a and 74b.
  • This first part 78 comprises one or more fixing elements which cooperate with the additional orifices 76. Additional orifices 76, projecting from the upper faces of the blade portions 74a and 74b.
  • the second part 80 of the electrically insulating casing is fixed to the blade portions 74a and 74b, for example by being pressed against the upper faces of the blade portions 74a and 74b, to close off the volume surrounding cutout 72.
  • this second part 80 can comprise reception zones into which the free ends of the fixing elements are inserted, preferably by snap-fastening, in order to lock the second part 80 in position on the first part 78 and on, for example being pressed against the undersides of the blade portions 74a and 74b around the cutout 72. It is understood here that the reception zones are aligned with the additional orifices 76.
  • the body 82 preferably made of insulating material, can have a tubular shape, like a fuse body. Connection terminals can be mounted at the ends of the body 82, to close the latter.
  • This fuse 70 can in particular be connected directly between the terminals 8 and 10 of the circuit breaker 4, like the fuse 6 described in the second example mentioned above.
  • fuses 70 can be connected in parallel between terminals 8 and 10.
  • blades 74 each provided with a cutout 72 and an envelope of insulating material can be housed in the same body 82, where they can be connected in parallel, and/or have gauges and characteristics different, like the variants previously described with reference to fuse 6.
  • the fuse 70 can be used independently of the circuit breaker 4, for example to be connected to a device of a different nature, in other applications.
  • FIG. 5 illustrates a fuse 90 according to a second variant, represented at different stages of manufacture identified chronologically by the inserts a), b), c) and d).
  • the fuse 90 as well as its purpose, are generally similar to those of the fuse 70 previously described. Also, for the sake of conciseness, only the notable differences with respect to the embodiment of the fuse 70 are described in detail in the following, the other aspects being able to be transposed to the present case.
  • a main perforation 92 is formed in the fuse link 74, for example by punching.
  • Perforation 92 may be centered in the middle of fuse link 74.
  • the fuse link is not cut into two portions by the perforation 92.
  • the width of the main perforation here measured in the transverse direction perpendicular to the longitudinal direction, is less than the width of the fuse link 74.
  • perforations similar to perforations 71 and, optionally, orifices similar to additional orifices 76, can also be formed in the fuse link 74, preferably by punching.
  • an electrically insulating envelope 94 is formed to partly cover the perforation 92.
  • the perforation 92 is covered on both sides of the blade fuse 74.
  • the electrically insulating envelope 94 is formed by overmolding an electrically insulating material, such as a polymer or a ceramic material, on the fuse link 74.
  • the electrically insulating casing 94 can be formed by fitting an added piece, like the electrically insulating casing 78, 80 of the fuse 70.
  • a cutout 96 is formed in the fuse blade, on either side of the perforation 92 and the electrically insulating casing 94, preferably in a transverse direction.
  • This cutout 96 can be formed using a suitable cutting tool. It can be formed with any desired dimension (it being understood that it must not be longer than the electrically insulating casing 94, so that the two parts of the fuse blade resulting from the cutting remain integral with one of the 'other).
  • the fuse blade 74 thus provided with the cutout 96 and the electrically insulating casing 94 is inserted into a body 82 which is filled with sand 84, and whose ends can be plugged by connection terminals.
  • the electrically insulating envelope 94 does not completely surround the perforation 92 and does not completely cover the cutout 96.
  • the sand can enter the cut space once the fuse link 74 is immersed in the sand 84.
  • the cutout is not filled with air, but with sand 84 which fills the body 82 of the fuse 90.
  • the electrically insulating envelope 94 serves to keep the spacing of the cutout constant. 96.
  • the fuse 90 can be used in a similar or identical way to the fuse 70, in particular in the applications mentioned above in connection with Figure 4.
  • Figure 6 shows a second embodiment of the apparatus of Figure 1 for interrupting an electric current.
  • the elements of this device 100 according to this second embodiment which are similar to the device 2 of the first embodiment bear the same references and are not described in detail, insofar as the above description can be transposed to them. .
  • the device 100 differs from the device 2 in particular in that the circuit breaker 4, the fuse blade(s) 16 and the voltage suppressor elements 12, 14 are housed in a casing 102, preferably a closed casing.
  • the box 102 can be an insulating body, for example made of ceramic material, similar to a fuse body.
  • the housing 102 is filled with a filling material, as described above, for example sand.
  • the terminals 8 and 10 are for example connected to connection terminals made at the ends of the casing 102, or else can be electrically accessible from outside the casing 102.
  • the device 100 is particularly advantageous when the circuit breaker 4 is implemented by a fuse, and preferably when the circuit breaker 4 is implemented by a fuse blade which is directly housed in the housing 102, instead of being housed in the fuse body of an independent fuse.
  • the device 102 can be more compact and it is easier to optimize its characteristics.
  • the interior volume of the box is divided into two independent sub-volumes 104 and 106 by an internal wall 108.
  • the two sub-volumes 104 and 106 can advantageously be filled with two different sands having different characteristics.

Abstract

Cet appareil (2) pour interrompre un courant électrique comporte un coupe-circuit (4), une lame fusible (16) et au moins un élément suppresseur de tension (12, 14) connecté en série avec la lame fusible (16), la lame fusible (16) et le au moins un élément suppresseur de tension (12, 14) étant connectés ensemble en parallèle du coupe-circuit (4).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Appareil pour interrompre un courant électrique
L’invention se rapporte à un appareil pour interrompre un courant électrique.
L’invention concerne notamment le domaine de la protection électrique.
Pendant longtemps, les fusibles ont permis de protéger efficacement des équipements et des installations électriques contre des défauts électriques.
Les fusibles comportent généralement une lame fusible placée dans un boîtier rempli d’un matériau tel que de la silice. La lame est configurée pour fondre lorsque l’intensité du courant traversant le fusible dépasse une valeur prédéterminée pendant une certaine durée.
Certaines applications contemporaines nécessitent aujourd’hui de pouvoir interrompre un courant électrique d’intensité élevée avec un temps de réaction très rapide. C’est par exemple le cas des applications liées aux véhicules électriques ou aux panneaux photovoltaïques.
A cet égard, il a été proposé d’associer un coupe-circuit pyrotechnique avec un fusible classique, afin d’augmenter les performances de coupure.
WO 2018/167169 A1 décrit un exemple d’un tel appareil électrique, dans lequel un fusible est connecté en parallèle d’un coupe-circuit pyrotechnique.
Dans cet exemple, le coupe-circuit pyrotechnique est configuré pour se déclencher avec un temps de réaction très court en cas de défaut électrique, et le fusible est configuré pour assurer l’interruption totale du courant, par exemple pour éviter toute reformation d’un arc électrique dans le coupe-circuit pyrotechnique.
En d’autres termes, le fusible contribue à interrompre un courant électrique que le coupe-circuit seul n’aurait pas pu couper de façon sûre et efficace.
Cependant, le fusible doit n’être mis en connexion en parallèle avec le coupe- circuit qu’au moment où le coupe-circuit est déclenché, ceci pour éviter que le fusible ne soit en permanence traversé par un courant électrique, car cela pourrait conduire à un vieillissement prématuré du fusible.
De plus, certains dispositifs connus ne permettent pas d’ouvrir le circuit lorsque les courants ont une intensité faible voire (temporairement) nulle, ce qui peut pourtant être requis pour certaines applications. Pour y parvenir, il est généralement nécessaire de modifier l’architecture interne du coupe-circuit pyrotechnique, ce qui peut être compliqué à réaliser industriellement.
Il existe donc un besoin pour un appareil de coupure électrique remédiant aux inconvénients ci-dessus.
A cet effet, un aspect de l’invention concerne un appareil pour interrompre un courant électrique, comportant un coupe-circuit, une lame fusible et au moins un élément suppresseur de tension connecté en série avec la lame fusible, la lame fusible et le au moins un élément suppresseur de tension étant connectés ensemble en parallèle du coupe-circuit.
Selon des aspects avantageux mais non obligatoires, un tel appareil peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement admissible :
- l’élément suppresseur de tension comporte un tube à décharge à gaz ;
- l’élément suppresseur de tension est formé en ménageant une découpe dans la lame fusible, ladite découpe étant au moins partiellement recouverte par une enveloppe électriquement isolante ;
- l’enveloppe électriquement isolante est réalisée en un matériau isolant, tel qu’un polymère ou un matériau céramique ;
- l’enveloppe électriquement isolante renferme un volume d’air ou de gaz ;
- la lame fusible et l’élément suppresseur de tension sont logés dans un corps rempli d’un matériau isolant de remplissage tel que du sable, ladite découpe étant au moins partiellement remplie par le matériau de remplissage ;
- l’appareil comporte deux lames fusibles connectées en parallèle l’une avec l’autre et au moins deux éléments suppresseurs de tension, chaque lame fusible étant connectée à au moins un des éléments suppresseurs de tension ;
- l’appareil comporte deux lames fusibles connectées en parallèle l’une avec l’autre entre des mêmes éléments suppresseurs de tension ;
- l’une des lames fusibles présente un calibre en courant supérieur à celui de l’autre lame fusible ;
- une première lame fusible ayant une première caractéristique courant-temps et un premier calibre en courant est connectée à un ou à plusieurs éléments suppresseurs de tension ayant un premier calibre en tension, dans lequel une deuxième lame fusible ayant une deuxième caractéristique courant-temps et un deuxième calibre en courant est connectée à un ou à plusieurs éléments suppresseurs de tension ayant un deuxième calibre en tension, et dans lequel le premier calibre en courant est plus petit que le deuxième calibre en courant et le premier calibre en tension est plus petit que le deuxième calibre en tension ;
- le coupe-circuit, la lame fusible et le au moins un élément suppresseur de tension sont logés dans un même boîtier ;
- le coupe-circuit est un coupe-circuit pyrotechnique ;
- le coupe-circuit est un fusible ;
- le coupe-circuit est un contacteur électromagnétique.
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 appareil pour couper un courant électrique donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
[Fig 1] la figure 1 représente schématiquement un appareil pour interrompre un courant électrique conformément à des modes de réalisation de l’invention ;
[Fig 2] la figure 2 représente schématiquement une lame fusible et un élément suppresseur de tension transitoire pour l’appareil de la figure 1 selon un mode de réalisation ;
[Fig 3] la figure 3 représente schématiquement une lame fusible et un élément suppresseur de tension transitoire pour l’appareil de la figure 1 selon un autre mode de réalisation ;
[Fig 4] la figure 4 représente schématiquement un autre mode de réalisation de l’élément suppresseur de tension transitoire des figures 2 et 3 ;
[Fig 5] la figure 5 représente schématiquement une variante de l’élément suppresseur de tension transitoire de la figure 4 ;
[Fig 6] la figure 6 représente schématiquement un autre mode de réalisation de l’appareil de la figure 1.
La figure 1 représente un mode de réalisation d’un appareil électrique 2 configuré pour interrompre un courant électrique, par exemple afin de protéger une charge électrique ou une installation électrique.
L’appareil 2 comporte un coupe-circuit 4 et un fusible 6 destiné à être connecté électriquement en parallèle du coupe-circuit 4, en étant raccordé à des terminaux 8, 10 du coupe-circuit 4.
De façon générale, le coupe-circuit 4 peut être commuté depuis un état électriquement conducteur vers un état électriquement bloquant (ou ouvert).
Le coupe-circuit 4 peut être un coupe-circuit pyrotechnique. Par exemple, le coupe-circuit 4 peut comporter une charge explosive configurée pour, lorsqu’elle est déclenchée, couper physiquement un conducteur électrique s’étendant entre les terminaux 8 et 10 du coupe-circuit 4.
Selon des modes de réalisation alternatifs, le coupe-circuit 4 peut être une cartouche fusible, ou un appareil électromécanique, tel que par exemple un contacteur électromagnétique, ou un interrupteur à semi-conducteur, ou tout autre dispositif approprié.
L’appareil 2 comporte également au moins un élément suppresseur de tension transitoire 12, 14, connecté à une lame fusible 16 du fusible 6.
Par exemple, la lame fusible 6 peut être logée dans un corps de fusible isolant, par exemple réalisé en matériau céramique, pouvant être de forme tubulaire et rempli d’un matériau de remplissage tel que défini précédemment, par exemple par du sable. Aux extrémités du corps de fusible sont placés deux terminaux conducteurs destinés à être raccordés à la lame fusible.
En variante, comme décrit plus en détail dans ce qui suit, l’appareil 2 peut comporter plusieurs éléments suppresseurs de tension transitoire 12, 14, connectés à une ou à plusieurs lames fusibles 16 du fusible 6.
La lame fusible 16 et le au moins un élément suppresseur de tension 12, 14 sont connectés électriquement en série l’un avec l’autre.
Ainsi, de façon générale, le fusible 6 (et donc la lame fusible 16) et le au moins un élément suppresseur de tension 12, 14 sont connectés ensemble en parallèle du coupe-circuit 4, entre les terminaux 8 et 10 du coupe-circuit 4.
Un élément suppresseur de tension, aussi connu sous les noms « surge arrester device » et « transient voltage surge arrester device » en anglais, est un composant électrique passif configuré pour rester dans un état électriquement bloquant tant que la tension électrique à ses deux bornes reste inférieure à une valeur seuil prédéfinie, et pour devenir électriquement conducteur, généralement de façon irréversible, une fois que la tension électrique à ses bornes dépasse la valeur seuil prédéfinie.
Selon un exemple de mise en œuvre, l’élément suppresseur de tension peut comporter un suppresseur à tube de décharge, plus connu sous le nom « gas arrester » ou « gas discharge tube » en anglais.
Par exemple, les deux bornes de l’élément suppresseur de tension sont reliées à des électrodes conductrices qui sont séparées par un volume de gaz encapsulé dans un tube ou une ampoule de verre. Un courant électrique peut circuler entre les deux électrodes séparées lorsque la tension électrique entre ces électrodes dépasse la valeur de seuil de tension prédéfinie. Selon un exemple illustratif, l’élément suppresseur de tension peut être le suppresseur à tube de décharge fabriqué par la société Bourns, Inc. et commercialisé sous la référence « 2063-60 », cet exemple n’étant pas limitatif et étant donnée seulement à titre d’exemple.
En variante, le ou les éléments suppresseurs de tension 12, 14 peuvent être construits différemment, comme expliqué dans ce qui suit.
Selon quelques exemples, un ou plusieurs des éléments suppresseurs de tension pourraient alternativement comporter une diode transil (aussi nommée diode TSV, pour « transient voltage suppression diode » en anglais), ou un varistor (de préférence un varistor métal-oxyde), ou tout élément équivalent.
Dans certains exemples alternatifs, l’élément suppresseur de tension peut aussi être configuré pour revenir vers un état isolant une fois que la tension électrique à ses bornes a dépassé la valeur seuil prédéfinie, puis que la tension électrique est redescendue sous la valeur seuil prédéfinie. Par exemple, l’élément suppresseur de tension peut être un éclateur (« spark gap switch » en anglais).
L’association du fusible 6 et du ou des éléments suppresseurs de tension 12, 14 permet de ne pas laisser la lame fusible 16 connectée en permanence au coupe- circuit 4.
Au contraire, la lame fusible 16 n’est connectée (en parallèle) au coupe-circuit 4 qu’une fois que la tension électrique aux bornes du coupe-circuit 4 (c’est-à-dire entre les terminaux 8 et 10) est suffisamment élevée pour faire passer le ou les éléments suppresseurs de tension 12, 14 vers leur état conducteur.
En pratique, cette tension électrique aux bornes du coupe-circuit 4, qui conduit à l’activation des éléments suppresseurs de tension, est généralement causée par l’apparition d’un arc électrique à l’intérieur du coupe-circuit 4 suite au déclenchement de ce dernier et à sa commutation vers l’état ouvert alors qu’un courant électrique le parcourt.
En pratique, le calibre des éléments suppresseurs de tension 12, 14 (autrement dit, la valeur de seuil de tension) peut être choisie en fonction du calibre et/ou de toute autre propriété du coupe-circuit 4, et/ou de la tension du circuit dans lequel il est installé
Selon des exemples donnés à des fins d’illustration, la valeur seuil de tension peut être supérieure ou égale à 100 Volts (V), ou supérieure ou égale à 500 V, ou supérieure ou égale à 1000 V.
De préférence, lorsque deux ou plus éléments suppresseurs de tension 12, 14 sont associés à une lame fusible 16, alors ils sont disposés de manière à ce qu’un élément suppresseur de tension soit connecté à chaque extrémité de la lame fusible 16. Cela permet de mieux équilibrer l’effort de coupure sur toute la lame fusible.
Selon différentes variantes, l’appareil 2 peut comporter une seule lame fusible 6 associée à un ou à plusieurs éléments suppresseurs de tension 12, 14, ou peut comporter plusieurs lames fusibles 16 chacune associée à un ou à plusieurs éléments suppresseurs de tension 12, 14.
La lame fusible 16 peut être dimensionnée de manière à présenter un calibre en courant et/ou une réponse à la coupure (réponse courant-temps l2t) prédéfinis.
La lame fusible 16 peut être réalisée en matériau métallique, tel que du cuivre ou de l’argent, et peut comporter des sections réduites.
Dans certains modes de réalisation, la lame fusible 16 peut être analogue à la lame fusible d’un fusible conventionnel.
En pratique, le dimensionnement de la lame fusible 16, et notamment le choix de son calibre en courant et de sa caractéristique courant-temps dépend de la tension nominale du circuit, du courant maximum à interrompre. Il est important que le temps de fusion de la lame fusible 16 soit plus grand que le temps requis par le coupe-circuit 4 pour se refroidir en cas de coupure, afin d’éviter la réapparition d’un arc électrique dans le coupe circuit.
Dans un premier exemple de réalisation, illustré sur la figure 1 , la lame fusible 16 est placée dans un corps de fusible rempli d’un matériau isolant de remplissage pour former une cartouche fusible. Dans ce cas, le fusible 6 peut être un fusible conventionnel. Le ou les éléments suppresseurs de tension 12, 14 sont alors montés à l’extérieur du fusible 6, en étant raccordés à la lame fusible par contact électrique avec des terminaux du fusible 6, par exemple par soudage ou encore au moyen d’un connecteur ou par tout moyen équivalent. De préférence, les éléments suppresseurs de tension 12, 14 sont alors des suppresseurs à tube de décharge.
Cette solution est relativement facile à mettre en place, et peut se faire par simple assemblage de composants électronique existants disponibles sur étagère.
De façon générale, le matériau de remplissage est électriquement isolant.
Avantageusement, le matériau de remplissage est apte à absorber tout ou partie de l’énergie dégagée par l’arc électrique.
Dans de nombreux modes de réalisation, le matériau de remplissage est un matériau à base de silice, par exemple du sable.
Il est également possible d’utiliser un matériau polymère, tel qu’un polymère silicone, ou tout autre matériau approprié. En variante, le matériau de remplissage peut être de l’air. Ce mode de réalisation est notamment applicable lorsque les courants à interrompre ont une intensité faible (par exemple inférieure à 1 ampère).
Dans un deuxième exemple de réalisation, dont certaines variantes seront exposées plus en détail dans ce qui suit, notamment en référence aux figures 2 et 3, la lame fusible 16 est logée dans un corps de fusible isolant, rempli de matériau de remplissage, par exemple du sable, pour former une cartouche fusible, qui peut alors être directement raccordée aux terminaux 8 et 10 du coupe-circuit 4.
Par exemple, un ou plusieurs éléments suppresseurs de tension, par exemple du type suppresseur à tube de décharge, sont connectés à chaque lame fusible tout en étant immergés dans le matériau de remplissage à l’intérieur du corps de fusible, ces éléments suppresseurs de tension étant par ailleurs raccordés à des terminaux conducteurs placés en extrémité du corps de fusible.
Cette solution permet notamment d’utiliser des éléments suppresseurs de tension qui, pris isolément, auraient eu un calibre en courant trop faible. Ici, comme les éléments suppresseurs de tension sont immergés dans du sable à l’intérieur du corps du fusible, le sable absorbe une partie de l’énergie en cas de surtension, ce qui réduit le risque d’explosion.
Cette solution permet également de construire des appareils 2 compacts et de petites dimensions. En effet, les éléments suppresseurs de tension 12, 14 partagent un même boîtier avec le fusible 6, et leur connexion avec la ou le lames fusibles 16 est faite à l’intérieur du boîtier, ce qui permet d’obtenir un résultat plus compact qu’avec des composants pris sur étagère, qui n’ont pas forcément la bonne taille par défaut. Notons que dans cet exemple, les éléments suppresseurs de tension 12, 14 ne sont pas forcément des suppresseurs à tube de décharge.
Lorsque plusieurs lames fusibles 16 sont utilisées, elles peuvent être connectées entre elles en série ou en parallèle, selon les besoins et les applications prévues pour l’appareil 2.
Lorsque plusieurs lames fusibles 16 sont connectées en parallèle, elles peuvent être connectées en parallèle l’une avec l’autre entre des mêmes éléments suppresseurs de tension.
Selon un mode de réalisation avantageux, qui est applicable aux premier et deuxième exemples décrits ci-dessus, lorsque plusieurs lames fusibles 16 sont utilisées en conjonction avec plusieurs éléments suppresseurs de tension 12, 14, alors les éléments suppresseurs de tension 12, 14 peuvent avoir différents calibres en tension. De même, les lames fusibles 16 peuvent avoir différents calibres en courant, pour présenter des réponses différentes et ainsi avoir des temps de fusion différents. Ainsi, une première lame fusible 16 ayant une première caractéristique courant-temps et un premier calibre en courant h fondra pour un courant d’intensité plus faible qu’une deuxième lame fusible 16 ayant une deuxième caractéristique courant-temps et un deuxième calibre en courant l2, où l2 est plus grand que h.
Lorsqu’il y a plusieurs lames fusibles 16, de préférence, tous les éléments suppresseurs de tension 12, 14 associés à une même lame fusible 16 ont le même calibre en tension. Mais ce calibre en tension peut être différent du calibre en tension des éléments suppresseurs de tension 12, 14 associés à une autre lame fusible 16.
De façon particulièrement avantageuse, une première lame fusible 16 ayant une première caractéristique courant-temps et un calibre en courant h est connectée à un ou à plusieurs éléments suppresseurs de tension 12, 14 ayant un premier calibre en tension 111. Une deuxième lame fusible 16 (elle aussi connectée entre les terminaux 8 et 10, par exemple en étant dans le même corps de fusible que la première lame fusible 16) ayant une deuxième caractéristique courant-temps et un calibre en courant l2 est connectée à un ou à plusieurs éléments suppresseurs de tension 12, 14 ayant un deuxième calibre en tension U2. Le calibre en courant h est plus faible que le deuxième calibre en courant l2 et le premier calibre en tension U1 est plus petit que le deuxième calibre en tension U2.
En d’autres termes, la lame fusible 16 qui est associée à l’élément suppresseur de tension présentant le calibre en tension le plus faible est celle qui a le calibre en courant le plus faible (qui fond pour le courant le plus faible)
Cela permet ainsi à l’appareil 2 d’interrompre de façon sûre et rapide des courants électriques avec la même réactivité et quelle que soit l’amplitude (faible ou élevée) de ces courants
En particulier, si les lames fusibles 16 sont en plus connectées en parallèle, alors ce mode de réalisation permet d’interrompre plus facilement les courants de faible intensité : première lame fusible fond plus rapidement, et la deuxième lame fusible fond plus lentement, mais n’est pas activée (ne fond pas) si les courants sont suffisamment faibles pour être coupés par l’action de la seule première lame fusible.
La deuxième lame fusible se révèle néanmoins utile voire indispensable si courants ont une intensité élevée, car la première lame seule fondrait trop vite par rapport aux caractéristiques du coupe-circuit en présence de courants présentant de fortes valeurs d’intensité. On comprend que, lors du fonctionnement de l’appareil 2, les éléments suppresseurs de tension 12, 14 sont initialement isolants et empêchent le courant de traverser les lames fusibles 16. Lorsque le coupe-circuit 4 est déclenché pour basculer vers son état fermé, un arc électrique apparaît entre les terminaux 8 et 10.
La tension électrique entre ces terminaux 8 et 10 augmente, jusqu’à atteindre le premier seuil de tension LU . La première lame fusible est traversée par le courant, jusqu’à ce que qu’elle fonde. A ce stade, la tension électrique entre ces terminaux 8 et 10 dépasse le deuxième seuil de tension U2, permettant aux deuxièmes éléments suppresseurs de tension de devenir à leur tour conducteurs et à la deuxième lame fusible 16 de commencer à fondre.
De façon plus générale, l’activation successive des lames fusibles 16 permet de délester le coupe-circuit 4 du courant qui continue à circuler entre les terminaux 8 et 10, ce qui contribue à son refroidissement et à l’extinction du courant.
Il est à noter que les modes de réalisation exposés ci-dessus dans lesquels plusieurs lames fusibles sont connectées en série ou en parallèle sont aussi bien applicables aux modes de réalisation dans lesquels les éléments suppresseurs de tension 12, 14 sont montés à l’extérieur du fusible 6, qu’aux modes de réalisation dans lesquels les éléments suppresseurs de tension 12, 14 sont montés à l’intérieur du fusible 6, voire même à d’autres modes de réalisations dans lesquels les éléments suppresseurs de tension 12, 14 sont directement intégrés à la lame fusible, comme on le verra en référence aux figures 4 et 5.
Grâce à l’invention, l’association d’un ou de plusieurs éléments suppresseurs de tension 12, 14 à au moins une lame fusible 16 d’un fusible 6 monté en parallèle du coupe-circuit 4 permet d’interrompre rapidement, en un temps limité, des courants électriques dont l’intensité peut varier au sein d’une large gamme. De plus, comme les éléments suppresseurs de tension 12, 14 empêchent le courant électrique de circuler dans les lames fusibles 16 tant que le coupe-circuit 4 n’est pas déclenché, on évite que les lames fusibles 16 soient parcourues en permanence par un courant électrique. On évite ainsi une usure prématurée, qui pourrait conduire à une dégradation prématurée de leurs performances.
Les figures 2 et 3 se rapportent plus particulièrement à des implémentations possibles de ce mode de réalisation dans lequel les lames fusibles ainsi que le ou les éléments suppresseurs de tension 12, 14 sont placés ensemble dans un corps de fusible.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, un fusible 20 comporte un corps de fusible 22 aux extrémités duquel sont placés deux terminaux de connexion 24 et 26. Le volume interne délimité par le corps de fusible 22 est rempli d’un matériau silicé, tel que du sable.
Une première lame fusible 30 est connectée, à l’intérieur du volume délimité par le corps de fusible 22, entre deux éléments suppresseurs de tension 32 et 34, qui sont eux même raccordés respectivement aux terminaux de connexion 24 et 26.
Une deuxième lame fusible 36 est connectée, à l’intérieur du volume délimité par le corps de fusible 22, entre deux autres éléments suppresseurs de tension 38 et 40, qui sont eux même raccordés respectivement aux terminaux de connexion 24 et 26.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, un fusible 50 comporte un corps de fusible 22 aux extrémités duquel sont placés deux terminaux de connexion 24 et 26.
Le volume interne délimité par le corps de fusible 22 est rempli d’un matériau silicé, tel que du sable.
Une première lame fusible 52 est connectée, à l’intérieur du volume délimité par le corps de fusible 22, entre deux éléments suppresseurs de tension 56 et 60, qui sont eux même raccordés respectivement aux terminaux de connexion 24 et 26.
Une deuxième lame fusible 54 est connectée, à l’intérieur du volume délimité par le corps de fusible 22, entre deux autres éléments suppresseurs de tension 58 et 62, qui sont eux même raccordés respectivement aux éléments suppresseurs de tension 56 et 60. Mais, les deux autres éléments suppresseurs de tension 58 et 62 ne sont pas directement raccordés aux terminaux de connexion 24 et 26.
Selon des modes de réalisation alternatifs mais néanmoins avantageux, comme illustré par les figures 4 et 5, les éléments suppresseurs de tension peuvent être intégrés aux lames fusibles. En d’autres termes, dans ces modes de réalisation, les éléments suppresseurs de tension ne sont pas des éléments distincts que l’on vient rapporter ou connecter à une lame fusible existante.
Dans ces modes de réalisation, un élément suppresseur de tension est formé en ménageant une découpe dans la lame fusible, ladite découpe étant au moins partiellement recouverte par une enveloppe électriquement isolante, par exemple réalisée en matériau électriquement isolant.
Le matériau isolant peut être une céramique, ou un matériau polymère, tel que du plastique, ou tout matériau approprié.
Selon différentes variantes, la découpe peut être remplie par un volume d’air ou de gaz électriquement isolant renfermé dans l’enveloppe en matériau isolant, ou bien par un matériau de remplissage tel que du sable. La figure 4 illustre une première variante, représentée à différents stades de fabrication identifiés chronologiquement par les inserts a), b), c) et d).
Un fusible 70 comporte une découpe 72 formée dans une lame fusible 74 et qui partage la lame fusible 74 en deux portions de lame 74a et 74b.
La découpe 72 a pour effet de séparer et d’isoler électriquement l’une de l’autre les deux extrémités proximales des portions de lame 74a et 74b, en formant un espacement (ou « air gap » en anglais) dépourvu de matériau conducteur.
De préférence, l’espacement entre les deux portions de lame 74a et 74b est maintenu constant, grâce à l’enveloppe électriquement isolante 78, 80.
Ainsi, la distance d’isolement reste maîtrisée, quelque soient les conditions d’utilisation ultérieures de la lame fusible 74.
Dans l’exemple illustré, la lame fusible 74 s’étend le long d’une direction longitudinale. La découpe 72 est ménagée suivant une direction perpendiculaire ou essentiellement perpendiculaire à la direction longitudinale.
La lame fusible 74 peut comporter des perforations 71 formant des sections réduites qui permettent de définir une caractéristique courant-temps spécifique.
De préférence, la lame fusible 74 comporte également des orifices additionnels 76 ménagés au voisinage de la découpe 72. Ces orifices additionnels sont de préférence ménagés sur chacune des portions de lame 74a et 74b.
Par exemple, la découpe 72, de même que les perforations 71 et les orifices additionnels 76, peuvent être formés par poinçonnage d’une lame fusible 74.
Ensuite, l’enveloppe en matériau isolant est montée sur la lame fusible pour entourer la découpe 72.
De préférence, l’enveloppe électriquement isolante est configurée pour piéger un volume d’air à l’intérieur de l’enveloppe, pour que les extrémités proximales des portions de lame 74a et 74b (c’est-à-dire les extrémités se faisant face de part et d’autre de la découpe 72) soient séparées par un milieu isolant.
Par exemple, l’enveloppe est étanche à l’air une fois complètement montée autour de la découpe 72.
Selon une variante, l’enveloppe électriquement isolante peut comporter un séparateur en matériau isolant disposé de façon à faire saillie depuis une des parois internes de l’enveloppe pour venir s’insérer dans la découpe 72, entre les portions de lame 74a et 74b.
Dans l’exemple illustré, l’enveloppe électriquement isolante est divisée en deux parties 78 et 80. Les deux parties sont par exemple des plaques ou des coques rigides ou semi-rigides. Comme illustré à l’insert b) de la figure 4, la première partie 78 est d’abord fixée aux deux portions de lame 74a et 74b, par exemple en étant plaquée contre les faces inférieures des portions de lame 74a et 74b.
Cette première partie 78 comporte un ou plusieurs éléments de fixation qui coopèrent avec les orifices additionnels 76. Par exemple, ces éléments, qui peuvent avoir une forme de pion, font saillie par rapport à une face intérieure de la première partie et sont engagés dans les orifices additionnels 76, en dépassant des faces supérieures des portions de lame 74a et 74b.
Ensuite, comme illustré à l’insert c) de la figure 4, la deuxième partie 80 de l’enveloppe électriquement isolante est fixée sur les portions de lame 74a et 74b, par exemple en étant plaquée contre les faces supérieures des portions de lame 74a et 74b, pour fermer le volume entourant la découpe 72.
Optionnellement, cette deuxième partie 80 peut comporter des zones de réception dans lesquelles s’insèrent, de préférence par encliquetage, les extrémités libres des éléments de fixation, afin de verrouiller en position la deuxième partie 80 sur la première partie 78 et sur par exemple en étant plaquée contre les faces inférieures des portions de lame 74a et 74b.autour de la découpe 72. On comprend ici que les zones de réception sont alignées avec les orifices additionnels 76.
Dans une dernière étape de fabrication, illustrée sur l’insert d) de la figure 4, la lame fusible 74 ainsi munie de la découpe 72 et de l’enveloppe électriquement isolante est insérée dans un corps 82 qui est rempli de sable 84.
Le corps 82, de préférence formé en matériau isolant, peut présenter une forme tubulaire, à la manière d’un corps de fusible. Des terminaux de connexion peuvent être montés aux extrémités du corps 82, pour fermer ce dernier.
Ce fusible 70 peut être notamment connecté directement entre les terminaux 8 et 10 du coupe-circuit 4, à la manière du fusible 6 décrit dans le deuxième exemple mentionné ci-dessus.
En variante, plusieurs fusibles 70 peuvent être connectés en parallèle entre les terminaux 8 et 10.
Selon d’autres variantes, plusieurs lames 74 munies chacune d’une découpe 72 et d’une enveloppe en matériau isolant peuvent être logées dans un même corps 82, où elles peuvent être connectées en parallèle, et/ou avoir des calibres et des caractéristiques différentes, à l’instar des variantes précédemment décrites en référence au fusible 6. Selon d’autres variantes, le fusible 70 peut être utilisé indépendamment du coupe-circuit 4, par exemple pour être raccordé à un appareil de nature différente, dans d’autres applications.
La figure 5 illustre un fusible 90 selon une deuxième variante, représentée à différents stades de fabrication identifiés chronologiquement par les inserts a), b), c) et d).
Le fusible 90, de même que sa finalité, sont globalement analogues à ceux du fusible 70 précédemment décrit. Aussi, dans un souci de concision, seules les différences notables par rapport au mode de réalisation du fusible 70 sont décrits en détail dans ce qui suit, les autres aspects pouvant être transposés au cas présent.
Dans une première étape de fabrication, illustrée sur l’insert a) de la figure 5, une perforation principale 92 est formée dans la lame fusible 74, par exemple par poinçonnage.
La perforation 92 peut être centrée au milieu de la lame fusible 74.
Toutefois, contrairement au fusible 70, la lame fusible n’est pas coupée en deux portions par la perforation 92.
Par exemple, la largeur de la perforation principale, ici mesurée selon la direction transverse perpendiculaire à la direction longitudinale, est inférieure à la largeur de la lame fusible 74.
En plus, des perforations analogues aux perforations 71 et, éventuellement, des orifices analogues aux orifices additionnels 76, peuvent aussi être formés dans la lame fusible 74, de préférence par poinçonnage.
Lors d’une deuxième étape de fabrication, illustrée à l’insert b) de la figure 5, une enveloppe électriquement isolante 94 est formée pour recouvrir en partie la perforation 92. Par exemple, la perforation 92 est recouverte des deux côtés de la lame fusible 74.
Par exemple, l’enveloppe électriquement isolante 94 est formée par surmoulage d’un matériau électriquement isolant, tel qu’un polymère ou un matériau céramique, sur la lame fusible 74.
Alternativement, l’enveloppe électriquement isolante 94 peut être formée par montage d’une pièce rapportée, à la manière de l’enveloppe électriquement isolante 78, 80 du fusible 70.
Lors d’une troisième étape de fabrication, illustrée à l’insert c) de la figure 5, une découpe 96 est formée dans la lame fusible, de part et d’autre de la perforation 92 et de l’enveloppe électriquement isolante 94, de préférence selon une direction transversale. Cette découpe 96 peut être formée à l’aide d’un outil de coupe approprié. Elle peut être formée avec n’importe quelle dimension souhaitée (étant entendu qu’elle ne doit pas être plus longue que l’enveloppe électriquement isolante 94, pour que les deux parties de la lame fusible résultant du découpage restent solidaires l’une de l’autre).
Dans une dernière étape de fabrication, illustrée sur l’insert d) de la figure 5, la lame fusible 74 ainsi munie de la découpe 96 et de l’enveloppe électriquement isolante 94 est insérée dans un corps 82 qui est rempli de sable 84, et dont les extrémités peuvent être bouchées par des terminaux de connexion.
A la différence du fusible 70, l’enveloppe électriquement isolante 94 n’entoure pas totalement la perforation 92 et ne recouvre pas totalement la découpe 96.
Comme la matière n’entoure pas totalement le gap, alors le sable peut pénétrer dans l’espace découpé une fois que la lame fusible 74 est immergée dans le sable 84.
Ainsi, dans le fusible 90, la découpe n’est pas remplie par de l’air, mais par le sable 84 qui remplit le corps 82 du fusible 90. L’enveloppe électriquement isolante 94 sert à maintenir constant l’écartement de la découpe 96.
La distance d’isolement reste ainsi maîtrisée, quelque soient les conditions d’utilisation ultérieures de la lame fusible 74.
Le fusible 90 peut être utilisé de façon analogue ou identique au fusible 70, notamment dans les applications mentionnées précédemment en rapport avec la figure 4.
La figure 6 représente un deuxième mode de réalisation de l’appareil de la figure 1 pour interrompre un courant électrique. Les éléments de cet appareil 100 selon ce deuxième mode de réalisation qui sont analogues à l’appareil 2 du premier mode de réalisation portent les mêmes références et ne sont pas décrits en détail, dans la mesure où la description ci-dessus peut leur être transposée.
L’appareil 100 se distingue de l’appareil 2 notamment en ce que le coupe- circuit 4, la ou les lames fusible 16 et les éléments suppresseurs de tension 12, 14 sont logés dans un boîtier 102, de préférence un boîtier fermé.
Le boîtier 102 peut être un corps isolant, par exemple réalisé en matériau céramique, analogue à un corps de fusible. Par exemple, le boîtier 102 est rempli d’un matériau de remplissage, tel que décrit précédemment, par exemple du sable.
Les terminaux 8 et 10 sont par exemple raccordés à des terminaux de connexion ménagés à des extrémités du boîtier 102, ou bien peuvent être électriquement accessibles depuis l’extérieur du boîtier 102. L’appareil 100 est particulièrement avantageux lorsque le coupe-circuit 4 est implémenté par un fusible, et de préférence lorsque le coupe-circuit 4 est implémenté par une lame fusible qui est directement logée dans le boîtier 102, au lieu d’être logée dans le corps de fusible d’un fusible indépendant. Ainsi, l’appareil 102 peut être plus compact et il est plus facile d’en optimiser ses caractéristiques.
Avantageusement, le volume intérieur du boîtier est divisé en deux sous- volumes indépendants 104 et 106 par une paroi interne 108. Les deux sous- volumes 104 et 106 peuvent avantageusement être remplis de deux sables différents présentant des caractéristiques différentes.
Toute caractéristique de l’un des modes de réalisation ou variante décrite ci- dessus, peut être mise en œuvre dans les autres modes de réalisation et variantes décrits.

Claims

REVENDICATIONS
1. Appareil (2) pour interrompre un courant électrique, comportant un coupe-circuit (4), une lame fusible (16) et au moins un élément suppresseur de tension (12, 14) connecté en série avec la lame fusible (16), la lame fusible (16) et le au moins un élément suppresseur de tension (12, 14) étant connectés ensemble en parallèle du coupe-circuit (4), ledit au moins un élément suppresseur de tension étant configuré pour ne connecter la lame fusible au coupe-circuit qu’une fois que la tension électrique aux bornes du coupe-circuit est suffisamment élevée pour faire passer ledit au moins un élément suppresseur de tension vers l’état conducteur.
2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel l’élément suppresseur de tension (12, 14) comporte un tube à décharge à gaz.
3. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément suppresseur de tension (70, 90) est formé en ménageant une découpe (72, 96) dans la lame fusible (74), ladite découpe (72, 96) étant au moins partiellement recouverte par une enveloppe électriquement isolante (80, 94).
4. Appareil selon la revendication 3, dans lequel l’enveloppe électriquement isolante (80, 94) est réalisée en un matériau isolant, tel qu’un polymère ou un matériau céramique.
5. Appareil selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel l’enveloppe électriquement isolante (80, 94) renferme un volume d’air ou de gaz.
6. Appareil selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel la lame fusible et l’élément suppresseur de tension (90) sont logés dans un corps (82) rempli d’un matériau isolant de remplissage (84) tel que du sable, ladite découpe (96) étant au moins partiellement remplie par le matériau de remplissage.
7. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, lequel comporte deux lames fusibles (30, 36) connectées en parallèle l’une avec l’autre et au moins deux éléments suppresseurs de tension (32, 34, 38, 40), chaque lame fusible étant connectée à au moins un des éléments suppresseurs de tension (32, 34, 38, 40).
8. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, lequel comporte deux lames fusibles (52, 54) connectées en parallèle l’une avec l’autre entre des mêmes éléments suppresseurs de tension (56, 60).
9. Appareil selon la revendication 7 ou 8, dans lequel l’une des lames fusibles présente un calibre en courant supérieur à celui de l’autre lame fusible.
10. Appareil selon la revendication 9, dans lequel une première lame fusible ayant une première caractéristique courant-temps et un premier calibre en courant est connectée à un ou à plusieurs éléments suppresseurs de tension ayant un premier calibre en tension, dans lequel une deuxième lame fusible ayant une deuxième caractéristique courant-temps et un deuxième calibre en courant est connectée à un ou à plusieurs éléments suppresseurs de tension ayant un deuxième calibre en tension, et dans lequel le premier calibre en courant est plus petit que le deuxième calibre en courant et le premier calibre en tension est plus petit que le deuxième calibre en tension.
11. Appareil (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le coupe-circuit (4), la lame fusible (16) et le au moins un élément suppresseur de tension (12, 14) sont logés dans un même boîtier (102).
12. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le coupe-circuit (4) est un coupe-circuit pyrotechnique.
13. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le coupe-circuit (4) est un fusible.
14. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le coupe-circuit (4) est un contacteur électromagnétique.
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