EP2006874A1 - Fuse cut-off device for voltage surge protection and device for protecting against voltage surges comprising such a cut-off device - Google Patents
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Definitions
- said at least one side wall 4 has gas evacuation holes contained in the expansion volumes 56.
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Abstract
Description
L'invention est relative à un dispositif de coupure fusible comportant une chambre d'extinction d'arc ayant un axe longitudinal médian et étant délimitée par au moins une paroi latérale isolante s'étendant entre une première et seconde parois radiales conductrices. La chambre d'extinction d'arc comprend au moins un séparateur conducteur maintenu à l'intérieur de ladite chambre pour définir deux volumes de détente et au moins un élément fusible conducteur relié électriquement entre une première et une seconde électrodes. Ledit au moins un élément fusible s'étend de la première à la seconde parois radiales à travers un interstice et est rigidement maintenu dans la chambre d'extinction d'arc par des seconds moyens de maintien. La section dudit au moins élément fusible conducteur dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal médian est de forme allongée de manière à ce que la longueur de ladite section soit au moins trois fois plus grande que la largeur.The invention relates to a fusible cut-off device comprising an arc extinguishing chamber having a median longitudinal axis and being delimited by at least one insulating side wall extending between a first and second conductive radial wall. The arc extinguishing chamber comprises at least one conductive separator maintained within said chamber to define two expansion volumes and at least one conductive fuse element electrically connected between a first and a second electrode. Said at least one fuse element extends from the first to the second radial walls through a gap and is rigidly held in the arc extinguishing chamber by second holding means. The section of the at least one conductive fuse element in a plane perpendicular to the median longitudinal axis is elongate in shape so that the length of said section is at least three times greater than the width.
L'invention concerne aussi un dispositif de protection contre les surtensions comportant un limiteur de surtension à éléments non linéaires variables avec la tension.The invention also relates to an overvoltage protection device comprising an overvoltage limiter with non-linear elements variable with the voltage.
Il est connu d'associer des dispositifs de protection contre les surtensions à des déconnecteurs comprenant au moins un élément fusible. Généralement, ledit au moins élément fusible est branché en série avec un limiteur de surtension à éléments non linéaires variables.It is known to associate overvoltage protection devices with disconnectors comprising at least one fuse element. Generally, said at least one fuse element is connected in series with a surge limiter with variable non-linear elements.
Ledit déconnecteur fusible est calibré pour se déconnecter lorsqu'il est traversé par des courants électriques alternatifs de court-circuit. En outre, il doit cependant être calibré pour laisser passer les courants d'onde de foudre de type 8/20 ou 10/350.Said fuse disconnector is calibrated to disconnect when traversed by alternating short-circuit electric currents. In addition, however, it must be calibrated to pass
Des fusibles traditionnels comportant un ou plusieurs conducteurs placés dans une enveloppe céramique ont généralement des tailles trop importantes pour être intégrés dans les dispositifs de protection contre les surtensions. En outre, compte tenu de leur fabrication et de la structure du conducteur, ce type de fusible supporte difficilement les chocs de foudre. Les conducteurs sont soumis à des efforts électrodynamiques dus au passage d'un choc de foudre. Ces efforts tendent à détériorer de manière irréversible le fusible.Traditional fuses with one or more conductors placed in a ceramic envelope generally have sizes that are too large to be integrated into the surge protection devices. In addition, given their manufacture and the conductor structure, this type of fuse hardly withstands lightning strikes. The conductors are subjected to electrodynamic forces due to the passage of a lightning strike. These efforts tend to irreversibly damage the fuse.
Ce problème de détérioration mécanique se rencontre aussi avec la solution décrite dans le brevet
L'utilisation d'un fusible tel que décrit dans brevet
L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer un dispositif de coupure fusible de taille réduite et à fort pouvoir de coupure.The invention therefore aims to overcome the disadvantages of the state of the art, so as to provide a fuse cutoff device of reduced size and high breaking capacity.
Le dispositif de coupure fusible selon l'invention comporte au moins deux éléments fusibles conducteurs.The fusible breaking device according to the invention comprises at least two conductive fusible elements.
Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdits au moins deux éléments fusibles conducteurs sont placés de part et d'autre de l'axe longitudinal médian de manière à ce que les arcs électriques naissant après la fusion desdits éléments fusibles s'attirent mutuellement vers le centre de la chambre d'extinction.According to one embodiment of the invention, said at least two conductive fusible elements are placed on either side of the median longitudinal axis so that electric arcs arising after the fusion of said fusible elements attract each other. towards the center of the extinguishing chamber.
De préférence, lesdits au moins deux éléments fusibles conducteurs sont placés symétriquement par rapport à l'axe médian longitudinal de la chambre d'extinction.Preferably, said at least two conductive fusible elements are placed symmetrically with respect to the longitudinal median axis of the extinguishing chamber.
Avantageusement, lesdits au moins deux éléments fusibles conducteurs sont placés en périphérie des séparateurs.Advantageously, said at least two conductive fusible elements are placed at the periphery of the separators.
De préférence, les éléments fusibles conducteurs se composent d'une feuille conductrice en métal maintenue par les seconds moyens de maintien sur un support isolant en matériau gazogène.Preferably, the conductive fuse elements consist of a metal conductive sheet held by the second holding means on an insulating support of gasogenic material.
De préférence, la feuille conductrice est une couche de matériau métallique déposée sur le support isolant, la couche ayant une épaisseur inférieure à 1 mm.Preferably, the conductive sheet is a layer of metallic material deposited on the insulating support, the layer having a thickness of less than 1 mm.
Avantageusement, le support en matériau isolant constitue un élément de la paroi latérale isolante.Advantageously, the support of insulating material constitutes an element of the insulating side wall.
Avantageusement, la section de l'interstice traversée par un élément fusible conducteur est de forme sensiblement identique à celle dudit au moins un élément fusible.Advantageously, the cross section of the gap through which a conductive fuse element is shaped substantially identical to that of said at least one fuse element.
Avantageusement, la paroi latérale se compose de quatre façades latérales s'étendant selon un axe longitudinal médian.Advantageously, the side wall consists of four lateral facades extending along a median longitudinal axis.
Avantageusement, la paroi latérale se compose d'un cylindre positionné autour dudit au moins séparateur et s'étendant selon l'axe longitudinal médian.Advantageously, the side wall consists of a cylinder positioned around the at least one separator and extending along the median longitudinal axis.
Avantageusement, la paroi latérale isolante se compose d'un matériau gazogène.Advantageously, the insulating side wall consists of a gasogenic material.
Avantageusement, la paroi latérale comporte des trous d'évacuation des gaz contenus dans les volumes de détente.Advantageously, the side wall comprises gas evacuation holes contained in the expansion volumes.
Un dispositif de protection contre les surtensions, selon un mode développement de l'invention, comporte un limiteur de surtension à éléments non linéaires variables avec la tension, ledit limiteur étant placé dans un boîtier ayant une première et une deuxième plage de raccordement électrique. Au moins un dispositif de coupure fusible tel que défini ci-dessus est branché en série avec le limiteur de surtension. Le limiteur de surtension et le dispositif de coupure fusible sont reliés électriquement aux plages de raccordement.An overvoltage protection device, according to a development mode of the invention, comprises an overvoltage limiter with non-linear elements variable with the voltage, said limiter being placed in a housing having a first and a second electrical connection range. At least one fuse cutoff device as defined above is connected in series with the surge protector. The surge protector and the fuse cut-off device are electrically connected to the connection pads.
Avantageusement, le boîtier comporte au moins deux flasques en matériau isolant, lesdits flasques constituant une partie de la paroi latérale dudit au moins un dispositif de coupure fusible.Advantageously, the housing comprises at least two flanges of insulating material, said flanges constituting a part of the side wall of said at least one fusible breaking device.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels :
- les
figures 1 et 2 représentent des vues schématiques d'un dispositif de coupure fusible selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - Les
figures 3 et 4 représentent des vues schématiques d'un dispositif de coupure fusible selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la
figure 5 représente une vues éclatées en perspective d'un dispositif de coupure fusible selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention ; - la
figure 6A représente une vue schématique en coupe d'un arc électrique dans une chambre d'extinction connue ; - les
figures 6B et 6C représentent des vues schématiques en coupe d'un arc électrique dans une chambre d'extinction selon les modes de réalisation représentés sur lesfigures 1 à 5 ; - la
figure 7 représente une vue schématique d'un dispositif de protection contre les surtensions comprenant un dispositif coupure fusible selon les modes de réalisation desfigures 1 à 5 .
- the
Figures 1 and 2 show schematic views of a fusible cutoff device according to a first embodiment of the invention; - The
Figures 3 and 4 represent schematic views of a fusible cut-off device according to a second embodiment of the invention; - the
figure 5 represents an exploded perspective view of a fuse cutoff device according to a preferred embodiment of the invention; - the
Figure 6A is a schematic sectional view of an electric arc in a known extinguishing chamber; - the
Figures 6B and 6C represent schematic sectional views of an electric arc in a quenching chamber according to the embodiments shown in FIGS.Figures 1 to 5 ; - the
figure 7 represents a schematic view of a surge protection device comprising a fusible cut-off device according to the embodiments of theFigures 1 to 5 .
Tel que représenté sur les
La paroi latérale isolante 4 s'étend entre une première et seconde parois radiales 10 conductrices.The
La chambre d'extinction d'arc 2 comprend au moins un séparateur conducteur 5 maintenu à l'intérieur de ladite chambre pour définir deux volumes de détente 56. Ledit au moins séparateur est positionné entre les deux parois radiales conductrices. De préférence, la première et seconde parois radiales s'étendent perpendiculairement à l'axe géométrique longitudinal médian Z de ladite chambre d'extinction.The
Selon les modes de réalisation telles que représentés sur les
La chambre d'extinction d'arc 2 comprend au moins un élément fusible 3, 3A, 3B conducteur relié électriquement entre une première et une seconde électrodes 6, 7. Ledit au moins élément fusible 3, 3A, 3B s'étend de la première à la seconde parois radiales 10 à travers un interstice de passage. Ledit au moins un élément fusible 3, 3A, 3B s'étend de préférence selon une direction parallèle à l'axe longitudinal médian Z.The
La section dudit au moins élément fusible 3, 3A, 3B dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal médian Z de la chambre d'extinction d'arc 2 est de forme allongée de manière à ce que la longueur de ladite section soit au moins trois fois plus grande que la largeur.The section of said at
Grâce à la forme allongée de l'interstice de passage dudit au moins élément fusible 3, 3A, 3B, l'arc électrique 70 qui a naturellement une section de forme sensiblement circulaire, est contraint de se déformer et quitter ladite zone d'interstice. Contrairement aux solutions connues telles que représentée à la
Ledit au moins élément fusible 3, 3A, 3B est maintenu rigidement dans la chambre d'extinction d'arc 2 par des premiers moyens de maintien garantissant le maintien rigide dudit au moins un élément fusible en cas de choc de foudre. Les seconds moyens de maintien permettent de résister aux efforts électrodynamiques dus aux chocs de foudre.Said at
Tel que représenté sur les
La section de l'interstice de passage traversée par ledit au moins un conducteur électrique 3, 3A, 3B est de forme sensiblement identique à celle dudit au moins un élément fusible 3, 3A, 3B.The cross section of the passageway through which said at least one
Selon un autre mode de réalisation tel que représenté sur les
Comme illustré sur les
Ledit au moins un élément fusible 3, 3A, 3B se compose d'une feuille métallique conductrice. La feuille conductrice peut être maintenue par les seconds moyens de maintien sur un support isolant.Said at least one
Selon un mode préférentiel de réalisation représenté sur la
L'utilisation d'au moins deux éléments fusibles 3A, 3B au lieu d'un seul élément fusible induit au moins une nouvelle fonction et engendre au moins deux avantages supplémentaires :
- D'une part, compte tenu que les éléments fusibles sont placés de part et d'autre de l'axe longitudinal médian Z et que chaque élément fusible est traversé par un courant électrique circulant dans le même sens, les arcs électriques 70 qui naîtront après la fusion desdits éléments fusibles auront tendance à s'attirer mutuellement vers le centre de la chambre d'extinction 2. Comme cela a été décrit ci-dessus, le fait de placer l'arc au centre de la chambre en l'éloignant des interstices de passage permet d'augmenter encore l'efficacité de la chambre d'extinction du dispositif de coupure fusible. De préférence, les éléments fusibles sont placés symétriquement par rapport audit axe longitudinal Z et sont de préférence placés en périphérie des séparateurs 5.
- D'autre part, compte tenu que pour une section utile de conducteur, deux éléments fusibles sont utilisés au lieu d'un, on réduit par deux la section de chaque élément fusible dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal Z. Cette réduction de la section de chaque élément fusible s'accompagne d'une réduction de la section des interstices de passage respectivement utilisés pour le passage desdits éléments fusibles. Comme cela a été décrit ci-dessus, la réduction des sections des interstices de passage permet d'augmenter l'efficacité de la chambre d'extinction du dispositif de coupure fusible.
- On the one hand, considering that the fusible elements are placed on either side of the central longitudinal axis Z and that each fuse element is crossed by an electric current flowing in the same direction, the electric arcs 70 which will be born after the fusion of said fusible elements will tend to attract each other towards the center of the extinguishing
chamber 2. As has been described above, placing the arc in the center of the chamber away from the interstices passage makes it possible to further increase the efficiency of the extinguishing chamber of the fusible cut-off device. Preferably, the fuse elements are placed symmetrically with respect to said longitudinal axis Z and are preferably placed at the periphery of theseparators 5. - On the other hand, considering that for a useful conductor section, two fusible elements are used instead of one, the section of each fuse element is reduced by two in a plane perpendicular to the longitudinal axis Z. This reduction in the section of each fuse element is accompanied by a reduction of the section of the passage interstices respectively used for the passage of said fusible elements. As has been described above, reducing the cross-sectional areas of the passageway makes it possible to increase the efficiency of the extinguishing chamber of the breaking device. fuse.
Selon ce mode préférentiel de réalisation la feuille conductrice est une couche de matériau métallique déposée sur le support isolant, la couche ayant une épaisseur inférieure à 1 millimètre. La couche en matériau métallique a de préférence une épaisseur égale à 70 µm. Ladite au moins une paroi latérale 4 se compose de quatre façades latérales s'étendant selon un axe longitudinal médian Z. De préférence, les quatre façades latérales sont conjointes. La chambre d'extinction 2 a une forme parallélépipédique et ledit au moins un séparateur ayant une forme carrée ou rectangulaire. Le support en matériau isolant supportant les éléments fusibles constitue un élément de ladite au moins une paroi latérale 4. Les séparateurs 5 sont maintenus par deux des façades latérales. En outre, le support en matériau isolant des deux éléments fusibles 3A, 3B est en matériau gazogène.According to this preferred embodiment, the conductive sheet is a layer of metallic material deposited on the insulating support, the layer having a thickness of less than 1 millimeter. The layer of metallic material preferably has a thickness equal to 70 microns. Said at least one
Selon une variante de réalisation du premier mode de réalisation de l'invention, la chambre d'extinction peut comporter plusieurs éléments fusibles traversant ledit au moins séparateur 5.According to an alternative embodiment of the first embodiment of the invention, the extinguishing chamber may comprise a plurality of fusible elements passing through said at least one
Selon une variante de réalisation, ladite au moins une paroi latérale 4 se compose d'un cylindre positionné autour dudit au moins 1 séparateur 5 et s'étendant selon l'axe longitudinal médian Z. Ledit au moins un séparateur (5) a de préférence la forme d'un disque.According to an alternative embodiment, said at least one
Selon une variante de réalisation, ladite au moins une paroi latérale se compose d'un matériau gazogène.According to an alternative embodiment, said at least one side wall consists of a gasogenic material.
La présence de façades ou d'une partie de la paroi latérale 4 en matériau gazogène permet de repousser l'arc ou les arcs électriques vers le centre de la chambre d'extinction et les éloignant du ou des interstices de passage. Comme cela a été décrit ci-dessus, cela permet d'augmenter encore l'efficacité de la chambre d'extinction du dispositif de coupure fusible.The presence of facades or part of the
Selon une variante de réalisation, ladite au moins une paroi latérale 4 comporte des trous d'évacuation des gaz contenus dans les volumes de détente 56.According to an alternative embodiment, said at least one
L'invention concerne aussi dispositif de protection 100 contre les surtensions. Tel que représenté sur la
Selon une variante de réalisation du dispositif de protection 100, le boîtier 101 comporte au moins deux flasques en matériau isolant. Lesdits flasques peuvent constituer une partie de la paroi latérale 4 dudit au moins un dispositif de coupure fusible 1. De préférence, le boîtier 101 est réalisé en matériau plastique moulé et est constitué de deux flasques latéraux parallèles en matériau isolant placés de part et d'autre d'un plan longitudinal médian. Une partie des flasques latéraux constitue une partie de la paroi latérale 4 dudit au moins un dispositif de coupure fusible 1.According to an alternative embodiment of the
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