FR2959588A1 - Condensateur auto-protege. - Google Patents
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Abstract
Un condensateur comprenant au moins un enroulement bobiné auto-cicatrisant logé dans un boîtier individuel étanche, ledit condensateur étant équipé d'un dispositif de protection (15) comprenant un mécanisme de mise en court-circuit (19) pour mettre en court-circuit franc ledit enroulement au moyen d'un premier contact électrique mobile (21), la fermeture dudit premier contact étant provoquée par la présence d'un défaut dudit enroulement dans ledit boîtier, le dispositif de protection comprenant un élément sensible à la température disposé à l'intérieur dudit boîtier et coopérant avec ledit premier contact électrique (21) pour autoriser le déplacement dudit premier contact électrique mobile dans une position de fermeture, lorsque la température de l'enroulement et/ou de l'intérieur dudit boîtier est supérieure à une valeur prédéterminée.
Description
CONDENSATEUR AUTO-PROTEGE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention relève du domaine des condensateurs de puissance basse tension constitués d'enroulements bobinés auto-cicatrisants ou de bobines auto-cicatrisantes, et équipés d'un dispositif de protection. L'invention concerne en particulier un condensateur comprenant au moins un enroulement bobiné auto-cicatrisant logé dans un boîtier individuel étanche, ledit condensateur étant équipé d'un dispositif de protection comprenant un mécanisme de mise en court-circuit pour mettre en court-circuit franc ledit enroulement au moyen d'un contact électrique mobile, la fermeture dudit premier contact étant provoqué par la présence d'un défaut électrique dudit enroulement dans ledit boîtier. ÉTAT DE LA TECHNIQUE La demande de brevet française FR2598024 divulgue un condensateur de puissance basse tension du type auto-cicatrisant, comportant des enroulements bobinés, chacun desdits enroulements étant logé dans un boîtier individuel étanche. Le condensateur est équipé d'un dispositif de protection, qui comprend une membrane déformable appartenant à la paroi du boîtier et susceptible de se déformer lors d'une surpression, due à un défaut interne de l'enroulement dans le boîtier. Le dispositif de protection comporte, en outre, un contact dont la fermeture est provoquée par la membrane pour mettre en court-circuit franc l'enroulement bobiné auto-cicatrisant. Dans ce type de condensateur l'activation du dispositif de protection est déclenchée uniquement par l'apparition d'une surpression dans le boîtier. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à remédier aux limitations des condensateurs de l'art antérieur en proposant un condensateur comprenant au moins un enroulement bobiné auto-cicatrisant logé dans un boîtier individuel étanche, ledit condensateur étant équipé d'un dispositif de 1 protection comprenant un mécanisme de mise en court-circuit pour mettre en court-circuit franc ledit au moins un enroulement de condensateur au moyen d'un premier contact électrique mobile, la fermeture dudit premier contact étant provoquée par la présence d'un défaut dudit enroulement dans ledit boîtier, caractérisé en ce que le dispositif de protection comprend, en outre, un élément sensible à la température disposé à l'intérieur dudit boîtier et coopérant avec ledit premier contact électrique pour autoriser le déplacement dudit premier contact électrique mobile dans une position de fermeture, lorsque la température de l'enroulement et/ou de l'intérieur dudit boîtier est supérieure à une valeur prédéterminée. De préférence, l'élément sensible à la température est un élément thermo-fusible ayant une température de fusion correspondant à la valeur prédéterminée. Avantageusement, l'élément thermo fusible est disposé entre le premier contact électrique mobile et une partie fixe du mécanisme de mise en court-circuit pour maintenir ledit premier contact électrique mobile dans une position d'ouverture. Selon un mode de réalisation, le mécanisme de mise en court-circuit comprend des moyens de rappel disposés entre le premier contact électrique mobile et une partie fixe dudit mécanisme de mise en court-circuit pour rappeler ledit premier contact électrique mobile dans la position de fermeture, lorsque l'élément thermo-fusible est fondu. De préférence, la partie fixe du mécanisme de mise en court-circuit est traversée par un premier et un second conducteur électrique connectés à le au moins un enroulement, une première extrémité du premier contact électrique mobile étant montée pivotante autour dudit premier conducteur et en contact électrique avec ledit premier conducteur, ledit premier contact électrique mobile étant conçu pour qu'une seconde extrémité dudit premier contact électrique mobile vienne en contact avec ledit second conducteur lorsque l'élément thermo-fusible est fondu. De préférence, les moyens de rappel sont essentiellement constitués par un ressort de traction fixé d'un côté à la seconde extrémité du premier contact électrique mobile et de l'autre côté à la partie fixe. Selon un mode de réalisation, l'élément thermo-fusible est fixé par soudure entre une pastille métallique encastrée dans la partie fixe et le premier contact électrique mobile.
Selon un mode de réalisation, l'élément thermo-fusible a la forme d'une goupille insérée dans un trou formé dans le premier contact électrique mobile et encastrée dans la partie fixe. Selon un mode de réalisation, le dispositif de protection comporte un élément fusible connecté en série avec le au moins un enroulement pour éliminer le court-circuit franc. De préférence, le dispositif de protection est coiffé par un capot comprenant au moins un compartiment interne de logement pour loger un fusible. De préférence, le dispositif de protection comporte une membrane déformable appartenant à une paroi étanche du boîtier et susceptible de se déformer lors d'une surpression dans ledit boîtier provoquée par un défaut interne de l'enroulement bobiné auto-cicatrisant dans ledit boîtier, ledit dispositif de protection comprenant, en outre, un second contact électrique mobile coopérant avec ladite membrane pour être déplacé dans une position de fermeture lors d'une déformation de ladite membrane. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés dans les figures annexées. La figure 1 est une vue globale d'un système de trois condensateurs. La figure 2 est une vue du système de trois condensateurs représenté à la figure 1 dans 20 laquelle l'un desdits condensateurs a été représenté en coupe. La figure 3 est une vue éclatée du système de trois condensateurs représenté à la figure 1. La figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif de protection. La figure 5 est une vue des dispositifs de protection venant coiffer les condensateurs du système représenté sur les figures 1 à 3. 25 La figure 6 et 7 sont des vues d'un mécanisme de mise en court-circuit armé respectivement en perspective et de dessus.
La figure 8 et 9 sont des vues d'un mécanisme de mise en court-circuit déclenché respectivement en perspective et de dessus. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE RÉALISATION En référence aux figures 1 à 3, chaque condensateur du système 1 de trois condensateurs 3 comporte un boîtier cylindrique, notamment en matière plastique. A l'intérieur de chaque boîtier est logée une bobine formée par un enroulement de films plastiques métallisés. La bobine est enrobée dans une résine de la manière usuelle et elle est connectée à un premier et un second conducteur électrique 5, 7. La bobine 9 est du type à auto-cicatrisation. Les condensateurs 3 sont dits auto-cicatrisants, car la présence de défauts mineurs dans un film diélectrique entraîne un claquage localisé, qui conduit à l'évaporation des électrodes au voisinage du défaut sans dommages pour le film adjacent. Ce claquage localisé provoque une évaporation de la métallisation au point de claquage et de ce fait une isolation de cette zone en défaut. La bobine 9 conserve son isolation et la perte de capacité, due à l'évaporation ponctuelle de la métallisation, est pratiquement négligeable. Le film plastique utilisé est avantageusement un film de polypropylène métallisé par une couche d'aluminium, de zinc ou d'un alliage aluminium-zinc. Le système 1, qui correspond à un condensateur, ou plus exactement à trois éléments de condensateur 3, comporte un couvercle de protection 11 et des moyens de connexion électriques 13 en triangle. Chaque élément de condensateur 3 comporte un dispositif de protection 15. Notons que les éléments de condensateur 3 constituent des condensateurs en tant que tels, en l'occurrence chacun d'entre eux étant dédié à chacune des phases. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 5, les dispositifs de protection 15 de chaque condensateur du système de trois condensateurs sont formés dans une pièce unique et indépendante.
En référence aux figures 5 à 9, le dispositif de protection 15 de chaque condensateur 3 comprend un mécanisme de mise en court-circuit 19 pour mettre en court-circuit franc l'enroulement bobiné auto-cicatrisant au moyen d'un premier contact électrique mobile 21. Le mécanisme de mise en court-circuit 19 comprend une partie fixe 23 traversée par le premier et le second conducteur électrique 5, 7 connectés à l'enroulement bobiné auto- cicatrisant. Une première extrémité 25 du premier contact électrique mobile 21 est montée pivotante autour du premier conducteur 5. De plus, cette première extrémité 25 est en contact électrique avec le premier conducteur 5. Le premier contact électrique mobile 21 est conçu pour qu'une seconde extrémité 27 dudit premier contact électrique mobile puisse venir en contact avec le second conducteur 7. Le mécanisme de mise en court-circuit 19 comprend un élément sensible à la température disposé à l'intérieur du boîtier du condensateur 3. Cet élément sensible à la température coopère avec le premier contact électrique mobile 21 de façon à autoriser le déplacement de ce premier contact électrique mobile dans une position de fermeture pour mettre en court-circuit franc l'enroulement bobiné auto-cicatrisant 9, lorsque la température de l'enroulement bobiné auto-cicatrisant et/ou à l'intérieur dudit boîtier est supérieure à une valeur prédéterminée. Dans le mode de réalisation représenté, l'élément sensible à la température est un élément thermo-fusible ayant une température de fusion correspondant à la valeur prédéterminée au-delà de laquelle le premier contact électrique mobile 21 se déplace dans sa position de fermeture. L'élément thermo-fusible est disposé entre le premier contact électrique mobile 21 et la partie fixe 23 du mécanisme de mise en court-circuit 19 et permet ainsi de maintenir ledit premier contact électrique mobile dans une position d'ouverture, dans laquelle l'enroulement bobiné auto-cicatrisant 9 n'est pas court-circuité.
Dans le mode de réalisation représenté, l'élément thermo-fusible peut être fixé par soudure entre une pastille métallique 31 encastrée dans la partie fixe 23 et le premier contact électrique mobile 21. Dans ce cas, l'élément thermo-fusible peut être essentiellement constitué par la soudure entre la pastille métallique 31 et le premier contact électrique mobile 21. Alternativement, l'élément thermo-fusible peut avoir la forme d'une goupille, non représentée, qui est inséré dans un trou 33 formé dans le premier contact électrique mobile 21 et encastrée dans une encoche 35 de la partie fixe 23. Dans le mode de réalisation représenté, l'élévation de température à laquelle l'élément thermo-fusible est sensible est transmise au dit élément par conduction de chaleur du premier contact électrique mobile 21, ce dernier étant lui même échauffé par le biais du conducteur électrique 5. La chaleur transmise par le conducteur électrique 5 est d'autant plus représentative de la température de l'enroulement bobiné auto-cicatrisant, du fait que ce conducteur 5 traverse l'enroulement bobiné auto-cicatrisant de part en part. Cet enroulement bobiné auto-cicatrisant va ainsi dissiper une partie de la chaleur au moyen du conducteur électrique 5.
Dans le mode de réalisation représenté, des moyens de rappel 37 disposés entre le premier contact électrique mobile 21 et la partie fixe 23 du mécanisme de mise en court-circuit 19 permettent de rappeler ledit premier contact électrique mobile dans la position de fermeture, lorsque l'élément thermo-fusible est fondu. En l'occurrence, les moyens de rappel 37 sont essentiellement constitués par un ressort de traction fixé d'un côté à la seconde extrémité 27 du premier contact électrique mobile 21 et de l'autre côté à la partie fixe 23. Dans un autre mode de réalisation non représenté, l'élément sensible à la température pourrait être formé dans un alliage à mémoire de forme et disposé pour déplacer l'extrémité libre du premier contact mobile afin de mettre en court-circuit franc l'enroulement bobiné auto-cicatrisant 9, lorsque la valeur prédéterminée de la température a été atteinte. Comme cela est visible sur les figures 4 et 5, le dispositif de protection 15 de chaque condensateur 3 comporte une membrane déformable 51 appartenant à une paroi étanche du boîtier de chaque condensateur 3. En l'occurrence, le boîtier a une forme cylindrique comportant un fond ouvert coiffé par cette membrane 51, ou plus précisément par un capot 53 en matière plastique rigide du dispositif de protection 15 sur lequel est montée ladite membrane. Cette membrane déformable 51 est donc montée sur le capot 53 du dispositif de protection 15, et ledit capot s'emboite sur le pourtour externe du fond ouvert du boîtier de façon à assurer une bonne étanchéité par une résine.
Dans le mode de réalisation représenté, la membrane déformable 51 présente sur son pourtour un rebord 55 s'encliquetant dans une première rainure circulaire 57 du capot 53. Le mécanisme de mise en court-circuit 19 est disposé sur le côté de la membrane 51 à l'intérieur du boîtier, ce qui permet à l'élément sensible à la température d'être exposé à la température dans ledit boîtier. La partie fixe 23 du mécanisme de mise en court-circuit 19 comporte des rebords 61 s'encliquetant dans une seconde rainure circulaire 59 du capot 53 de façon à maintenir la membrane déformable 51 entre le mécanisme de mise en court circuit et ledit capot 53. Une fois que la membrane déformable 51 et le mécanisme de mise en court-circuit 19 sont montés sur le capot 53 du dispositif de protection 15, ledit capot vient s'emboiter sur le pourtour du fond ouvert du boîtier de façon à assurer une bonne étanchéité par la résine. La membrane déformable 51 est souvent en matière plastique souple et est susceptible de se déformer lors de l'apparition d'une surpression dans le boîtier provoquée par un défaut interne de l'enroulement bobiné auto-cicatrisant. Le dispositif de protection 15 comprend, en outre, un second contact électrique mobile 71 monté sur la partie centrale de la membrane déformable 51. La mobilité de ce second contact mobile 71 est assurée par les déformations de la membrane déformable 51. Des contacts fixes 73 connectés respectivement au premier et au second conducteur électrique 5, 7, sont disposés pour être tous les deux en contact avec le second contact mobile 71, lorsque la membrane déformable est déformée par une élévation de la pression dans le boîtier. De cette façon, l'apparition d'un défaut au niveau de l'enroulement bobiné auto-cicatrisant 9 conduisant à une élévation de la pression dans le boîtier permet de déformer la membrane déformable 51 pour déplacer le second contact électrique mobile 71 dans une position de fermeture pour mettre en court-circuit franc l'enroulement bobiné auto-cicatrisant 9.
Comme cela est visible sur les figures 3 et 5, le dispositif de protection 15 comporte un fusible 81 connecté en série avec l'enroulement bobiné auto-cicatrisant, ledit fusible permettant d'éliminer tout court-circuit franc. La partie centrale du capot 53 est creuse pour constituer une chambre dont l'un des fonds est constitué par la membrane déformable 51 et dont l'autre fond est obturé par la résine non représentée. Le capot 53 du dispositif de protection 15 comprend également un compartiment interne de logement 83 pour loger un fusible de taille différente. En fonctionnement normal, le premier et le second contact électrique mobile 21, 71 sont tous les deux ouverts. Comme cela est visible sur les figures 6 et 7, la seconde extrémité 27 du premier contact mobile 21 est éloignée du second conducteur 7. Le premier contact électrique mobile 21 est maintenu dans cette position d'ouverture grâce à l'élément thermo-fusible que constitue la soudure entre le premier contact mobile 21 et la pastille 31 encastrée dans la partie fixe 23 du mécanisme de mise en court-circuit 19. Alternativement, le premier contact mobile 21 pourrait être maintenu dans cette position d'ouverture grâce à une goupille formée par un élément thermo-fusible qui serait insérée dans le trou 33 formé dans le premier contact mobile 21 et encastrée dans l'encoche 35 de la partie fixe 23. Le second contact mobile 71 est également dans la position d'ouverture telle que représentée sur la figure 4, c'est-à-dire éloignée des contacts fixes 73 reliés au premier et au second conducteur 5, 7. Le fusible 81 qui monté en série sur le premier ou le second conducteur 5, 7 assure, quant à lui, la connexion électrique avec l'enroulement bobiné auto-cicatrisant 9.
10 En présence d'un défaut mineur produisant un claquage localisé, le défaut est éliminé par l'effet d'auto-cicatrisation de l'enroulement bobiné auto-cicatrisant 9 résultant de l'évaporation des électrodes au voisinage du défaut. Dans ce cas, l'élévation de la température ou l'élévation de la pression dans le boîtier du condensateur résultant de ce défaut n'est pas suffisante pour déclencher la fermeture du premier ou du second contact 15 électrique mobile 21, 71, ou pour faire fondre le fusible 81. Dans ce cas, la protection est assurée par l'enroulement bobiné auto-cicatrisant 9 grâce aux propriétés d'auto-cicatrisation dudit élément. A la suite d'un nombre important de claquages localisés ou du vieillissement de l'enroulement bobiné auto-cicatrisant 9, les propriétés d'auto-cicatrisation de la bobine 20 formant ledit enroulement peuvent être détériorées. Cette détérioration des propriétés d'auto-cicatrisation de l'enroulement bobiné auto-cicatrisant 9 peuvent également être provoquée par un claquage diélectrique important, lors de sollicitations anormales, en générant un courant de défaut. Notons, que la valeur de ce courant de défaut peut ne pas être suffisamment élevée pour faire fondre le fusible 81. Ainsi, la protection est dans ce cas 25 assurée, selon le type de défaut, soit par la fermeture du premier ou du second contact électrique mobile 21, 71, et consécutivement par la fusion du fusible 81. Dans le cas d'un défaut générant une élévation de température de l'enroulement et/ou de l'intérieur du boîtier dépassant la température de fusion de l'élément thermo-fusible, le premier contact électrique mobile 21 est désolidarisé de la partie fixe 23 du mécanisme de 30 mise en court-circuit 19. Le ressort 37 disposé entre le premier contact électrique mobile 21 et la partie fixe 23 permet ainsi de rappeler ledit premier contact électrique mobile dans la position de fermeture afin de court-circuiter l'enroulement bobiné auto-cicatrisant 9. Dans le cas d'un défaut générant une élévation de la pression dans le boîtier au-delà d'une limite entraînant la déformation de la membrane déformable 51, le second contact électrique mobile 71 est entraînée dans sa position de fermeture pour être mis en contact avec les contacts fixes 73 connectés au premier et au second conducteur électrique 5, 7. L'enroulement bobiné auto-cicatrisant 9 se trouve ainsi court-circuité au moyen du second contact électrique mobile 71. Dans les deux cas précédents, la fermeture du premier ou du second contact mobile 21, 71 engendre un court-circuit franc. Il s'ensuit, que le fusible 81, qui est sensible à ce type de court-circuit, va permettre d'assurer l'isolement du condensateur par déconnexion de l'enroulement bobiné auto-cicatrisant 9. Le dispositif de protection est donc autonome et agit, dans tous les cas, avant toute déformation notable du boîtier, en évitant ainsi tout effet externe. Le boîtier peut ainsi être réalisé en matière plastique. Le condensateur 3 pourvu d'un tel dispositif de protection 15 peut également être protégé par un disjoncteur externe.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Condensateur (3) comprenant au moins un enroulement (9) bobiné auto-cicatrisant logé dans un boîtier individuel étanche, ledit condensateur étant équipé d'un dispositif de protection (15) comprenant un mécanisme de mise en court-circuit (19) pour mettre en court-circuit franc ledit au moins un enroulement de condensateur au moyen d'un premier contact électrique mobile (21), la fermeture dudit premier contact étant provoquée par la présence d'un défaut dudit enroulement dans ledit boîtier, caractérisé en ce que le dispositif de protection comprend, en outre, un élément sensible à la température disposé à l'intérieur dudit boîtier et coopérant avec ledit premier contact électrique (21) pour autoriser le déplacement dudit premier contact électrique mobile dans une position de fermeture, lorsque la température de l'enroulement et/ou de l'intérieur dudit boîtier est supérieure à une valeur prédéterminée.
- 2. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément sensible à la température est un élément thermo-fusible ayant une température de fusion correspondant à la valeur prédéterminée.
- 3. Condensateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément thermo fusible est disposé entre le premier contact électrique mobile (21) et une partie fixe (23) du mécanisme de mise en court-circuit (19) pour maintenir ledit premier contact électrique mobile dans une position d'ouverture.
- 4. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le mécanisme de mise en court-circuit (19) comprend des moyens de rappel (37) disposés entre le premier contact électrique mobile (21) et une partie fixe (23) dudit mécanisme de mise en court-circuit pour rappeler ledit premier contact électrique mobile dans la position de fermeture, lorsque l'élément thermo-fusible est fondu.
- 5. Condensateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie fixe (23) du mécanisme de mise en court-circuit (19) est traversée par un premier et un second conducteur électrique (5, 7) connectés à le au moins un enroulement (9), une première extrémité (25) du premier contact électrique mobile (21) étant montée pivotante autour 10dudit premier conducteur (5) et en contact électrique avec ledit premier conducteur, ledit premier contact électrique mobile (21) étant conçu pour qu'une seconde extrémité (27) dudit premier contact électrique mobile vienne en contact avec ledit second conducteur (7) lorsque l'élément thermo-fusible est fondu.
- 6. Condensateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de rappel (37) sont essentiellement constitués par un ressort de traction fixé d'un côté à la seconde extrémité (27) du premier contact électrique mobile (21) et de l'autre côté à la partie fixe (23).
- 7. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'élément thermo-fusible est fixé par soudure entre une pastille métallique (31) encastrée dans la partie fixe (23) et le premier contact électrique mobile (21). 15
- 8. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'élément thermo-fusible a la forme d'une goupille insérée dans un trou (33) formé dans le premier contact électrique mobile (21) et encastrée dans la partie fixe (23).
- 9. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le 20 dispositif de protection (15) comporte un élément fusible (81) connecté en série avec le au moins un enroulement (9) pour éliminer le court-circuit franc.
- 10. Condensateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de protection (15) est coiffé par un capot (53) comprenant au moins un compartiment interne de 25 logement (83) pour loger un fusible.
- 11. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le dispositif de protection (15) comporte une membrane déformable (51) appartenant à une paroi étanche du boîtier et susceptible de se déformer lors d'une surpression dans 30 ledit boîtier provoquée par un défaut interne de l'enroulement bobiné auto-cicatrisant dans ledit boîtier, ledit dispositif de protection comprenant, en outre, un second contact 10électrique mobile (71) coopérant avec ladite membrane pour être déplacé dans une position de fermeture lors d'une déformation de ladite membrane.
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| CN114188154B (zh) * | 2021-12-01 | 2024-05-24 | 东佳电子（郴州）有限公司 | 一种具有自愈功能的高压电容器 |
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