WO2023118691A1 - Dispositif de coupure electrique a contact auxiliaire - Google Patents

Dispositif de coupure electrique a contact auxiliaire Download PDF

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Ludovic GUYOT
Jérôme Valire
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Safran Electrical & Power
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H85/36—Means for applying mechanical tension to fusible member

Definitions

  • the present invention relates to the general field of electrical cut-off devices for direct current power supply networks, preferably at high voltage (HVDC) and more particularly for aircraft propulsion systems.
  • HVDC high voltage
  • the electrical cut-off system known by the terms “pyrofuse” or “pyroswitch” is an assembly made up of a pyrotechnic actuator and a fuse triggered by the actuator. It is used to open a power line in which a direct current flows, in the event of a short circuit or excessive current. The pyrotechnic actuator then acts to help the fuse to open the power line in extreme conditions by the combined action of melting the fuse element and a mechanical action of stretching the fuse which contributes to breaking it. There are similarly electrical cut-off systems with mechanical actuator or even others devoid of any actuator.
  • the main purpose of the present invention is therefore to ensure constant monitoring of the state of the fuse throughout its lifetime and regardless of its mode of activation. Another purpose is also to ensure that the auxiliary contact detecting this state has indeed reached the end of its travel.
  • an electrical cut-off device comprising a fuse used to open a power line in which a direct current flows, characterized in that it further comprises a movable drawer connected to the fuse and capable, once the fuse broken, to move in a fixed chamber under the action of a compression spring mounted between the fixed chamber and the movable slide, and an auxiliary contact of which a fixed contact part is integral with the fixed chamber and a contact part moving part secured to the moving drawer, the movement of which will cause the opening of the normally closed auxiliary contact.
  • the auxiliary contact is galvanically isolated from the power line.
  • this auxiliary circuit for detecting the rupture galvanically isolated from the power circuit makes it possible to ensure the function of monitoring the state of the fuse, whatever its mode of activation, short-circuit or pyrotechnic or mechanical activation .
  • the mobile drawer is fixed to one end of the fuse by a first fixing screw.
  • the movable drawer consists of a slider sliding in the fixed chamber and of a stopper coming to rest against the fixed chamber and fixed to the slider by a second fixing screw.
  • the fixed and movable contact parts of the auxiliary contact each consist of a copper strip and a silver pellet.
  • the movable contact part is mounted on an insulating plate fixed to the stopper by third fixing screws.
  • the auxiliary contact is connected to a Sub-D connector to activate an external signaling process.
  • the cut-off device comprises an end-of-travel contact with a copper lamella and a silver pad.
  • the fuse is triggered by a pyrotechnic or mechanical actuator.
  • the invention also relates to a high voltage direct current (HVDC) power supply network comprising a cut-off device as mentioned above and to an aircraft propulsion system comprising such a high voltage direct current power supply network.
  • HVDC high voltage direct current
  • Figure 1 is a sectional view in a passive position of a cut-off device according to the invention
  • Figure 2 is a sectional view in an active position of a cut-off device according to the invention.
  • Figure 3 is an external perspective view of the switching device of Figures 1 and 2 at its auxiliary contact.
  • the principle of the invention is based on the fact that as soon as an overcurrent passes through the fuse of the electrical cut-off device and causes it to melt, a drawer provided with an auxiliary contact is no longer retained by this fuse and then moves in a chamber under the action of a compression spring put under pressure and which thus returns to its free position, releasing the auxiliary contact, so as to signal the rupture of the fuse which can thus be monitored.
  • Figures 1 and 2 show by way of example, in two different positions, an electrical cut-off device 10 consisting of a pyrotechnic or mechanical actuator 12 and a fuse 14 triggered by the actuator, and used to open a line power in which a high-voltage direct current flows.
  • the pyrotechnic or mechanical actuator known per se is not detailed.
  • the breaking device In the first position of figure 1, the breaking device is at rest, the fuse 14 of the device is in perfect condition and stretches between a first fixed end 14A and a second mobile end 14B fixed to a mobile drawer 16 by a first fixing screw 18.
  • the drawer can move in translation in a housing 20 of a fixed chamber 22 mounted in the body 10A of the switching device.
  • the movable drawer is advantageously made in two parts with a slider 16A and a stopper 16B.
  • the slider 16A is mounted to move in translation in the housing 20 and is in the form of a stepped shaft, the shoulder 160 being permanently located in the housing 20.
  • the slider 16A has a first end fixed to the fuse 14 via the first fixing screw 18 and a second end fixed in a blind hole 24 of the stopper 16B via a second fixing screw 26.
  • the stopper 16B fixed to the slider 16A by the second fixing screw 26 stresses a compression spring 28 (which then has a length in place Lp) until it is pressed against the fixed chamber 22 via a connecting ring 30 mounted in the housing 20 and whose thickness corresponds to that of the shoulder 160.
  • Each fixed or mobile contact part consists of a copper lamella 320A, 320B and a silver disc 322A, 322B, the bringing into contact of the two silver discs materializing the closure of the auxiliary contact. Note the galvanic isolation formed between this auxiliary contact and the power line due to the absence of a conductive connection between them.
  • the two copper strips of the two fixed and mobile contact parts are connected by wiring to a Sub-D type connector (not shown) which makes it possible to read the state of the auxiliary contact and thus monitor and know the state of the fuse. of the electrical cut-off device.
  • this slider 16A secured to one end of the fuse 14 is able to be driven in translation under the relaxation action of this compression spring when the cut-off device 10 passes from its rest position, therefore passive, to a position active in operation, bringing its shoulder 160 against the connecting ring 30 held by the compression spring 28 against the fixed chamber 22.
  • the bearing face 162 of the stopper 16B is now separated from the fixed chamber against which it rested via the connecting ring 30, this separation setting in motion the normally closed auxiliary contact 32.
  • the mobile contact part 32B fixed to the stopper 16B is then set in motion and separates from the fixed contact part the fixed chamber 5, the auxiliary contact then being in the open position.
  • normally closed auxiliary contactor is, as shown, coupled with a normally open auxiliary contact (NO 38), consisting of another copper strip 380 and a silver pad 382, it is possible to ensure that the system has reached the end of its travel under the action of the compression spring 28.
  • NO 38 normally open auxiliary contact

Landscapes

  • Fuses (AREA)

Abstract

Dispositif de coupure électrique comportant un fusible utilisé pour ouvrir une ligne de puissance dans laquelle circule un courant continu, un tiroir mobile (16B, 34, 36) relié au fusible et susceptible, une fois le fusible rompu, de se déplacer dans une chambre fixe (22; 22A) sous l'action d'un ressort de compression monté entre la chambre fixe et le tiroir mobile, et un contact auxiliaire dont une partie de contact fixe (320A, 320B) est solidaire de la chambre fixe et une partie de contact mobile (322A, 322B) solidaire du tiroir mobile dont le déplacement va entrainer l'ouverture du contact auxiliaire normalement fermé.

Description

Description
Titre de l'invention : DISPOSITIF DE COUPURE ELECTRIQUE A CONTACT AUXILIAIRE
Domaine Technique
La présente invention se rapporte au domaine général des dispositifs de coupure électrique pour des réseaux d'alimentation en courant continu, de préférence à haute tension (HVDC) et plus particulièrement de systèmes propulsifs d'aéronef.
Technique antérieure
Le système de coupure électrique connu sous les termes de « pyrofuse » ou « pyroswitch » est un ensemble composé d'un actionneur pyrotechnique et d'un fusible déclenché par l'actionneur. Il est utilisé pour ouvrir une ligne de puissance dans laquelle circule un courant continu, en cas de court-circuit ou de courant trop important. L'actionneur pyrotechnique agit alors pour aider le fusible à ouvrir la ligne de puissance dans les conditions extrêmes par action conjuguée de la fonte de l'élément fusible et d'une action mécanique d'étirement du fusible qui contribue à le casser. Il existe pareillement des systèmes de coupure électrique à actionneur mécanique ou même d'autres dépourvus de tout actionneur.
Si de tels dispositifs donnent globalement satisfaction, il est toutefois difficile de s'assurer de la fusion du fusible ou du bon déclenchement de l'actionneur lorsqu'il existe, comme d'une éventuelle panne dormante du dispositif qui ne peut être opérationnel sans un fusible en bon état de fonctionnement lors de l'ouverture de la ligne de puissance.
Exposé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal d'assurer une surveillance constante de l'état du fusible durant toute sa durée de vie et quel que soit son mode d'activation. Un autre but est aussi de s'assurer que le contact auxiliaire détectant cet état est bien arrivé en fin de course.
Ces buts sont atteints par un dispositif de coupure électrique comportant un fusible utilisé pour ouvrir une ligne de puissance dans laquelle circule un courant continu, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un tiroir mobile relié au fusible et susceptible, une fois le fusible rompu, de se déplacer dans une chambre fixe sous l'action d'un ressort de compression monté entre la chambre fixe et le tiroir mobile, et un contact auxiliaire dont une partie de contact fixe est solidaire de la chambre fixe et une partie de contact mobile solidaire du tiroir mobile dont le déplacement va entrainer l'ouverture du contact auxiliaire normalement fermé.
Avantageusement, le contact auxiliaire est isolé galvaniquement de la ligne de puissance.
L'ajout de ce circuit auxiliaire de détection de la rupture isolé galvaniquement du circuit de puissance permet d'assurer la fonction de surveillance de l'état du fusible, quel que soit son mode d'activation, court-circuit ou activation pyrotechnique ou mécanique.
De préférence, le tiroir mobile est fixé à une extrémité du fusible par une première vis de fixation.
Avantageusement, le tiroir mobile est constitué d'un coulisseau glissant dans la chambre fixe et d'un butoir venant s'appuyer contre la chambre fixe et fixé au coulisseau par une deuxième vis de fixation.
De préférence, les parties de contact fixe et mobile du contact auxiliaire sont chacune constituées par une lamelle de cuivre et une pastille d'argent.
Avantageusement, la partie de contact mobile est montée sur une plaque isolante fixée au butoir par des troisièmes vis de fixation.
De préférence, le contact auxiliaire est relié à un connecteur Sub-D pour actionner un processus de signalisation externe.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de coupure comporte un contact de fin course à lamelle de cuivre et pastille d'argent.
De préférence, le fusible est déclenché par un actionneur pyrotechnique ou mécanique.
L'invention concerne aussi un réseau d'alimentation en courant continu à haute tension(HVDC) comportant un dispositif de coupure tel que précité et un système propulsif d'aéronef comportant un tel réseau d'alimentation en courant continu à haute tension.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur les lesquels : [Fig. 1] la figure 1 est une vue en coupe dans une position passive d'un dispositif de coupure conforme à l'invention,
[Fig. 2] la figure 2 est une vue en coupe dans une position active d'un dispositif de coupure conforme à l'invention, et
[Fig. 3] la figure 3 est vue en perspective externe du dispositif de coupure des figures 1 et 2 au niveau de son contact auxiliaire.
Description des modes de réalisation
Le principe de l'invention repose sur le fait que dès qu'une surintensité traverse le fusible du dispositif de coupure électrique et le fait fondre, un tiroir muni d'un contact auxiliaire n'est plus retenu par ce fusible et se déplace alors dans une chambre sous l'action d'un ressort de compression mis sous pression et qui revient ainsi à sa position libre, libérant le contact auxiliaire, de sorte à signaler la rupture du fusible dont la surveillance peut ainsi être assurée.
Les figures 1 et 2 montrent à titre d'exemple, dans deux positions différentes, un dispositif de coupure électrique 10 constitué d'un actionneur pyrotechnique ou mécanique 12 et d'un fusible 14 déclenché par l'actionneur, et utilisé pour ouvrir une ligne de puissance dans laquelle circule un courant continu à haute tension. L'actionneur pyrotechnique ou mécanique connu en soi n'est pas détaillé.
Dans la première position de la figure 1, le dispositif de coupure est au repos, le fusible 14 du dispositif est en parfait état et s'étire entre une première extrémité fixe 14A et une seconde extrémité mobile 14B fixée à un tiroir mobile 16 par une première vis de fixation 18. Le tiroir peut se mouvoir en translation dans un logement 20 d'une chambre fixe 22 montée dans le corps 10A du dispositif de coupure. Le tiroir mobile est réalisé avantageusement en deux parties avec un coulisseau 16A et un butoir 16B. Le coulisseau 16A est monté mobile en translation dans le logement 20 et se présente sous la forme d'un arbre épaulé, l'épaulement 160 se trouvant en permanence dans le logement 20. Le coulisseau 16A présente une première extrémité fixée au fusible 14 via la première vis de fixation 18 et une seconde extrémité fixée dans un trou borgne 24 du butoir 16B via une deuxième vis de fixation 26. Le butoir 16B fixé au coulisseau 16A par la deuxième vis de fixation 26 met sous contrainte un ressort de compression 28 (qui présente alors une longueur en place Lp) jusqu'à être plaqué contre la chambre fixe 22 via une bague de liaison 30 montée dans le logement 20 et dont l'épaisseur correspond à celle de l'épaulement 160. Un contact auxiliaire 32 dont une partie de contact fixe 32A est solidaire de la chambre fixe 22 (plus précisément d'une partie déportée 22A de cette chambre fixe visible à la figure 3) et une partie de contact mobile 32B lui faisant face solidaire du tiroir mobile 16 (plus précisément directement du butoir 16B ou via une plaque isolante 34 fixé par des troisièmes vis de fixation 36 au butoir (visible à la figure 3) selon la nature du matériau constituant ce butoir), est prévu pour assurer la fonction de détection de l'arrachement (la fonte) du fusible dont le déplacement par l'intermédiaire du coulisseau 16A et du ressort de compression 28 va entrainer l'ouverture de ce contact auxiliaire normalement fermé (NC) dans la position de repos du dispositif de coupure. Chaque partie de contact fixe ou mobile est constitué d'une lamelle en cuivre 320A, 320B et d'une pastille en argent 322A, 322B, la mise en contact des deux pastilles d'argent matérialisant la fermeture du contact auxiliaire. On notera l'isolation galvanique formée entre ce contact auxiliaire et la ligne de puissance du fait de l'absence de liaison conductrice entre eux.
Les deux lamelles de cuivre des deux parties de contact fixe et mobile sont reliées par un câblage à un connecteur de type Sub-D (non représenté) qui permet de lire l'état du contact auxiliaire et ainsi surveiller et connaître l'état du fusible du dispositif de coupure électrique.
Dans la seconde position de la figure 2, le fusible 14 a fondu sous l'action de la chaleur ou cassé pour toute autre raison non souhaitée et le coulisseau 16A glissant dans la chambre fixe 22 s'est donc translaté sous l'action du ressort de compression 28 qui revient alors à sa longueur libre LO.
En effet, ce coulisseau 16A solidaire d'une extrémité du fusible 14 est apte à être entraîné en translation sous l'action de détente de ce ressort de compression lorsque le dispositif de coupure 10 passe de sa position de repos, donc passive à une position active de fonctionnement, amenant son épaulement 160 contre la bague de liaison 30 maintenue par le ressort de compression 28 contre la chambre fixe 22. La face d'appui 162 du butoir 16B est maintenant séparée de la chambre fixe contre laquelle elle s'appuyait via la bague de liaison 30, cette séparation mettant en mouvement le contact auxiliaire normalement fermé 32. La partie de contact mobile32B fixé au butoir 16B est alors mise en mouvement et se désolidarise de la partie de contact fixe 32A en vis-à-vis fixé à la chambre fixe 5, le contact auxiliaire se retrouvant alors en position ouverte.
On notera que lorsque le contacteur auxiliaire normalement fermé est, comme illustré, couplé avec un contact auxiliaire normalement ouvert (NO 38), constitué d'une autre lamelle en cuivre 380 et d'une pastille en argent 382, il est possible de s'assurer que le système est bien parvenu en fin de course sous l'action du ressort de compression 28.

Claims

5 Revendications
[Revendication 1] Dispositif de coupure électrique (10) comportant un fusible (14) utilisé pour ouvrir une ligne de puissance dans laquelle circule un courant continu, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un tiroir mobile (16 ; 16A, 16B) relié au fusible et susceptible, une fois le fusible rompu, de se déplacer dans une chambre fixe (22) sous l'action d'un ressort de compression (28) monté entre la chambre fixe et le tiroir mobile, et un contact auxiliaire (32) dont une partie de contact fixe (32A) est solidaire de la chambre fixe et une partie de contact mobile (32B) solidaire du tiroir mobile dont le déplacement va entrainer l'ouverture du contact auxiliaire normalement fermé.
[Revendication 2] Dispositif de coupure selon la revendication 1, dans lequel le contact auxiliaire est isolé galvaniquement de la ligne de puissance.
[Revendication 3] Dispositif de coupure selon la revendication 1, dans lequel le tiroir mobile est fixé à une extrémité du fusible par une première vis de fixation (18).
[Revendication 4] Dispositif de coupure selon la revendication 1, dans lequel le tiroir mobile est constitué d'un coulisseau (16A) glissant dans la chambre fixe et d'un butoir (16B) venant s'appuyer contre la chambre fixe et fixé au coulisseau par une deuxième vis de fixation (28).
[Revendication 5] Dispositif de coupure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le contact auxiliaire est relié à un connecteur Sub-D pour actionner un processus de signalisation externe.
[Revendication 6] Dispositif de coupure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les parties de contact fixe et mobile du contact auxiliaire sont chacune constituées par une lamelle de cuivre (320A, 320B) et une pastille d'argent (322A, 322B).
[Revendication 7] Dispositif de coupure selon la revendication 6, dans lequel la partie de contact mobile est montée sur une plaque isolante (34) fixé au butoir par des troisièmes vis de fixation (36).
[Revendication 8] Dispositif de coupure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant en outre un contact de fin course (38) à lamelle de cuivre (380) et pastille d'argent (382). 6
[Revendication 9] Dispositif de coupure selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le fusible est déclenché par un actionneur pyrotechnique ou mécanique (12).
[Revendication 10] Réseau d'alimentation en courant continu à haute tension(HVDC) comportant un dispositif de coupure selon la revendication 9.
[Revendication 11] Système propulsif d'aéronef comportant un réseau d'alimentation en courant continu à haute tension selon la revendication 10.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5097244A (en) * 1990-12-20 1992-03-17 Cooper Industries, Inc. Bus mounted capacitor expulsion-type fuses
US20140266561A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Mersen Usa Newburyport-Ma, Llc Medium voltage controllable fuse
DE102020104617A1 (de) * 2020-02-21 2020-05-14 Peter Lell Schnelltrennschalter für elektrische Ströme bei hohen Spannungen mit bewegbarem oder verformbarem Trennelement zur Trennung eines Trennbereichs

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