POURVU DE MOYENS DE CISAILLEMENT D'ARC

ET PROCEDE CORRESPONDANT

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention se rapporte au domaine technique général des dispositifs de protection d'installations et d'équipements électriques contre les surtensions électriques transitoires, notamment dues à la foudre.

La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions comportant : - au moins un composant de protection, pourvu de moyens de raccordement à l'installation électrique,

- un moyen de déconnexion du composant de protection par rapport à l'installation électrique, adapté pour assurer la déconnexion de ce dernier au niveau des moyens de raccordement, et susceptible de se déplacer à partir d'une position de fermeture vers une position d'ouverture en créant ainsi un espace interstitiel entre le moyen de déconnexion et les moyens de raccordement, un arc électrique étant alors susceptible de se former dans l'espace interstitiel entre le moyen de déconnexion et les moyens de raccordement.

La présente invention concerne également un procédé d'amélioration de la capacité de coupure d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions.

TECHNIQUE ANTERIEURE

II est désormais classique d'avoir recours à des dispositifs de protection pour protéger des appareils électriques ou électroniques contre des surtensions pouvant être par exemple générées par des décharges dues à un impact de foudre.

Ces dispositifs de protection comportent, d'une manière générale, un ou plusieurs composants de protection contre les surtensions, tels que par exemple une varistance et/ ou un éclateur. Lorsque le ou les composants sont exposés à des tensions supérieures à une valeur seuil prédéterminée, ils sont susceptibles d'écouler le courant de défaut à la terre tout en écrêtant la surtension à une valeur compatible avec la tenue de l'installation et des équipements qui y sont raccordés.

Lors de leur fin de vie, les composants de protection sont susceptibles de présenter des échauffements importants (couramment supérieurs à 150 ⁰ C) pouvant entraîner de sérieux dommages à l'installation, voire des risques pour l'utilisateur (incendie par exemple). C'est pourquoi les dispositifs de protection contre les surtensions sont généralement pourvus de moyens de déconnexion thermique. Ces moyens de déconnexion thermique sont destinés à isoler le ou les composants de protection de l'installation électrique à protéger en cas d'échauffement excessif de ces derniers dépassant une valeur prédéterminée afin de limiter les risques d'incendie.

Les moyens de déconnexion thermique peuvent ainsi être formés par une lame de déconnexion, soudée à l'une des électrodes du composant de protection à l'aide par exemple d'une soudure thermique. La lame de déconnexion est généralement soumise à une contrainte mécanique tendant à l'écarter de l'électrode correspondante de telle sorte que lorsqu'une surtension excessive ou une utilisation prolongée provoque la rupture ou la

fusion de la soudure, la lame de déconnexion s'écarte de l'électrode, isolant ainsi le composant de protection de l'installation à protéger.

Bien qu'ils soient couramment utilisés, de tels dispositifs souffrent néanmoins d'inconvénients non négligeables.

Ainsi, après fusion ou rupture de la soudure, la distance d'isolement créée entre la lame de déconnexion et l'électrode du composant de protection est généralement assez faible. Dès lors, si la déconnexion s'opère sous des conditions de tension et de courant défavorables, il peut arriver que l'ouverture mécanique des moyens de déconnexion ne soit pas suffisante pour isoler complètement le composant de protection de l'installation électrique, l'arc électrique créé lors de l'ouverture de la lame de déconnexion étant alors susceptible de se maintenir entre la lame de déconnexion et l'électrode correspondante. Il peut également arriver, dans certains cas, qu'un arc électrique se reforme entre l'électrode du composant de protection et la lame de déconnexion quelques instants après l'ouverture de cette dernière. Ce phénomène a pour effet de limiter de manière significative la capacité de coupure du dispositif de protection.

Pour parer à cet inconvénient, il est connu d'utiliser un organe de coupure supplémentaire, du type disjoncteur ou fusible, qui assure l'interruption définitive du courant circulant dans le dispositif de protection. Toutefois, le calibre de l'organe de coupure supplémentaire doit en principe être adapté à la capacité du composant de protection, ce qui génère des contraintes techniques et une augmentation des coûts de mise en œuvre de l'équipement global de protection. En outre, l'organe de coupure supplémentaire assure généralement l'isolation simultanée et sans distinction de tous les composants de protection du dispositif, alors qu'il est souhaitable au contraire d'isoler uniquement le ou les composants de

protection présentant un échauffement excessif et de maintenir les autres composants de protection en service.

Il est également connu d'utiliser des organes d'isolement, susceptibles d'être intégrés dans le dispositif de protection, et destinés à empêcher la formation, le maintien ou la reformation de l'arc électrique entre la lame de déconnexion et l'électrode du composant de protection. L'efficacité de ce genre de dispositif est néanmoins limitée et ne suffit généralement pas à assurer une déconnexion efficace du dispositif de protection lorsque les conditions de tension, de courant et de température sont défavorables.

En particulier, en cas de surtension de forte amplitude, l'arc électrique peut contourner l'organe d'isolement et continuer à écouler le courant jusqu'à ce que la tension aux bornes du dispositif de protection s'annule. En outre, l'arc électrique a également pour effet de générer une pollution conductrice lors de l'ouverture des contacts, créant ainsi un chemin conducteur préférentiel pour l'arc électrique le long de l'organe d'isolement, entre la lame de déconnexion et l'électrode du composant de protection. Ce phénomène peut donc avoir pour effet d'abaisser de manière significative le niveau de coupure procuré par l'organe d'isolement, des arcs électriques étant susceptibles de se former et de perdurer malgré la présence de ce dernier.

EXPOSE DE L'INVENTION

Les objets assignés à l'invention visent par conséquent à porter remède aux différents inconvénients énumérés précédemment et à proposer un nouveau dispositif de protection d'installations électriques contre les surtensions qui, tout en étant de conception simple, présente une capacité de déconnexion améliorée par rapport aux dispositifs connus.

Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'installations électriques contre les surtensions qui permette de garantir la déconnexion individuelle de chacun des composants de protection du dispositif.

Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'installations électriques contre les surtensions présentant, par rapport aux dispositifs connus, une meilleure capacité d'extinction des arcs électriques éventuellement formés lors de la déconnexion.

Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'installations électriques contre les surtensions qui soit de conception simple et fiable.

Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'installations électriques contre les surtensions qui soit particulièrement robuste et résistant vis-à-vis des arcs électriques susceptibles de se former en son sein.

Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'installations électriques contre les surtensions ne nécessitant qu'un nombre limité de pièces mécaniques en mouvement pour obtenir les fonctions de connexion et de déconnexion.

Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection contre les surtensions permettant d'accélérer l'extinction de l'arc électrique lors de la déconnexion du dispositif.

Les objets assignés à l'invention visent également à proposer un nouveau procédé d'amélioration de la capacité de coupure d'un dispositif de

protection d'une installation électrique contre les surtensions permettant d'accélérer efficacement la déconnexion définitive du dispositif.

Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions comportant : - au moins un composant de protection, pourvu de moyens de raccordement à l'installation électrique,

- un moyen de déconnexion du composant de protection par rapport à l'installation électrique, adapté pour assurer la déconnexion de ce dernier au niveau des moyens de raccordement, et susceptible de se déplacer à partir d'une position de fermeture vers une position d'ouverture en créant ainsi un espace interstitiel entre le moyen de déconnexion et les moyens de raccordement, un arc électrique étant alors susceptible de se former dans l'espace interstitiel entre le moyen de déconnexion et les moyens de raccordement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de cisaillement de l'arc électrique, conformés pour attaquer l'arc électrique suivant au moins deux directions différentes de manière à réduire sa section.

Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un procédé d'amélioration de la capacité de coupure d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions au sein duquel un arc électrique est susceptible de se former lors de la déconnexion du dispositif de protection vis-à-vis de l'installation électrique, ledit procédé comportant une étape de cisaillement de l'arc électrique au cours de laquelle on attaque l'arc électrique suivant au moins deux directions différentes de manière à réduire sa section.

DESCRIPTIF SOMMAIRE DES DESSINS

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront plus en détails à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide des dessins annexés donnés à titre purement illustratif et non limitatif, parmi lesquels :

- La figure 1 illustre, selon une vue de face, une première variante de réalisation du dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention, pourvu de moyens de cisaillement d'arc, dans sa position fonctionnelle (ou de service).

- La figure 2 illustre, selon une vue de face, le dispositif de protection représenté sur la figure 1 dans sa position déconnectée.

- La figure 2' illustre, selon une vue en coupe, un détail de la zone d'action des moyens de cisaillement représentés sur la figure 2.

- La figure 2" illustre, selon une vue en coupe, un détail de la zone d'action des moyens de cisaillement dans le cas d'une autre variante de réalisation du dispositif de protection conforme à l'invention.

- La figure 3 illustre, selon une vue détaillée en perspective, une variante préférentielle de réalisation du dispositif de protection conforme à l'invention, pourvu de moyens de cisaillement d'arc.

- La figure 4 illustre, selon une vue de face, le dispositif de protection représenté sur la figure 3, dans sa position fonctionnelle (ou de service).

- La figure 5 illustre, selon une vue de face, le dispositif de protection représenté sur la figure 3, dans sa position déconnectée.

MEILLEURE MANIERE DE REALISER L'INVENTION

Le dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention est destiné à être branché en dérivation (ou en parallèle) sur l'équipement ou l'installation électrique à protéger. L'expression « installation électrique » fait référence à tout type d'appareil ou réseau alimenté électriquement et susceptible de subir des perturbations de tension, notamment des surtensions transitoires dues à la foudre.

Le dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention est avantageusement destiné à être disposé entre une phase de l'installation à protéger et la terre. Il est par ailleurs envisageable, sans pour autant sortir du cadre de l'invention, que le dispositif de protection, au lieu d'être branché en dérivation entre une phase et la terre, soit raccordé entre le neutre et la terre, entre la phase et le neutre ou encore entre deux phases (cas d'une protection différentielle).

Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention comporte au moins un composant de protection 10 destiné à protéger l'installation électrique contre les surtensions. Dans la suite de la description, on considère que chaque composant de protection 10 contre les surtensions est formé par une varistance, étant entendu que l'utilisation d'une varistance n'est indiquée qu'à titre d'exemple et ne constitue en aucune manière une limitation de l'invention.

Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention comporte au moins une varistance 10, notamment une ou plusieurs varistances 10, chaque varistance 10 étant pourvue de moyens de raccordement 20 à l'installation électrique. La varistance 10 est de préférence disposée au sein d'un boîtier 60 électriquement isolant susceptible de se présenter sous la forme d'une cartouche adaptée pour être connectée électriquement à une embase

fixe (non représentée) à l'aide d'au moins un premier et un deuxième plots de connexion 22, 23. L'un des pôles de la varistance 10 est ainsi connecté directement au premier plot de connexion 22, l'autre pôle de la varistance 10 étant relié aux moyens de raccordement 20. Ces derniers sont de préférence formés par une électrode 21 se présentant par exemple sous la forme d'une lame métallique. L'électrode 21 fait de préférence saillie, par exemple à 90°, à partir de l'une des faces 10A de la varistance 10.

Selon l'invention, le dispositif de protection 1 comprend également un moyen de déconnexion 30 apte à déconnecter la varistance 10 de l'installation électrique. Le moyen de déconnexion 30 est spécifiquement conformé et adapté pour assurer la déconnexion de la varistance 10 au niveau des moyens de raccordement 20 et est à cet effet susceptible de se déplacer à partir d'une position de fermeture, illustrée par exemple sur la figure 1 , vers une position d'ouverture illustrée sur la figure 2, en créant ainsi un espace interstitiel 11 entre le moyen de déconnexion 30 et les moyens de raccordement 20.

De façon préférentielle, le moyen de déconnexion 30 est formé par une lame de déconnexion 31 électriquement conductrice et avantageusement métallique qui, en position de fermeture, est soudée en contrainte sur les moyens de raccordement 20, précisément sur l'électrode 21 , par exemple à l'aide d'une soudure thermo-fusible (non représentée). La lame de déconnexion 31 s'étend avantageusement entre une extrémité libre 31 A et une extrémité fixe 31 B. L'extrémité libre 31 A vient alors en contact électrique avec l'électrode 21 par l'intermédiaire de la soudure, l'extrémité fixe 31 B étant en contact électrique permanent avec le deuxième plot de connexion 23.

La lame de déconnexion 31 est alors contrainte élastiquement entre sa position de fermeture, dans laquelle elle vient en contact avec l'électrode 21

par le biais de la soudure thermique et sa position d'ouverture, dans laquelle la lame de déconnexion 31 n'est plus en contact avec l'électrode 21 correspondante. Ainsi, lors du passage de sa position de fermeture à sa position d'ouverture, la lame de déconnexion 31 , notamment l'extrémité libre 31 A de cette dernière, s'écarte, par effet ressort, de l'électrode 21. La lame de déconnexion 31 peut ainsi présenter une élasticité intrinsèque ou être montée mobile élastiquement par l'intermédiaire d'un ressort indépendant (non représenté).

Lors de l'ouverture du moyen de déconnexion 30, un arc électrique 40 (illustré en pointillés sur la figure 2) est susceptible de se former dans l'espace interstitiel 11 entre le moyen de déconnexion 30 et les moyens de raccordement 20. Ainsi, après l'ouverture du moyen de déconnexion 30, la distance d'écartement entre ce dernier et les moyens de raccordement 20 peut ne pas être suffisante pour empêcher l'amorçage, le maintien ou le réamorçage d'un arc électrique 40, notamment en cas de surtensions de fortes énergies. Cet arc électrique 40 continue alors d'écouler un courant, empêchant ainsi la déconnexion effective du composant de protection 10.

Pour pallier cet inconvénient, et selon une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif de protection 1 conforme à l'invention est pourvu de moyens de cisaillement 50 de l'arc électrique 40.

Le terme « cisaillement » fait référence ici aux contraintes exercées sur l'arc électrique, suivant au moins deux directions (ou sens) distinctes de l'espace, de manière à réduire sa section, sans nécessairement le couper. Les moyens de cisaillement 50 se différencient donc, au sens de l'invention, d'un simple organe d'isolement apte à venir s'interposer entre l'électrode 21 et la lame de déconnexion 31 afin d'empêcher la formation ou le maintien d'arcs électriques entre ces pièces conductrices.

L'expérience montre en effet qu'il est en pratique difficile, voire impossible, de « couper » un arc électrique, et donc d'interrompre le passage du courant avant l'annulation de la tension, à l'aide d'un simple organe d'isolement. En effet, on observe que l'arc électrique parvient systématiquement à contourner l'organe d'isolement, continuant ainsi d'écouler le courant le long de la surface de ce dernier jusqu'à l'annulation de la tension aux bornes du dispositif de protection.

Pour des valeurs importantes de l'intensité du courant, on observe alors la formation d'un dépôt conducteur sur la surface de l'organe d'isolement, créant ainsi un chemin préférentiel pour l'arc électrique entre la lame de déconnexion 31 et l'électrode 21. L'isolement électrique procuré par l'organe d'isolement est dans ce cas fortement diminué.

Selon une caractéristique essentielle du dispositif de protection 1 conforme à l'invention, les moyens de cisaillement 50 sont conformés de manière à augmenter l'impédance de l'arc électrique 40 en diminuant sa section, afin de réduire l'intensité du courant susceptible d'être écoulé par cet arc. Ceci permet ainsi de limiter la formation du dépôt conducteur sur l'organe d'isolement, et d'augmenter l'efficacité de ce dernier.

Le terme « section » fait ici référence à la section transversale de l'arc électrique 40, déterminée en considération d'un plan de coupe fictif sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale d'extension de l'arc électrique 40 entre les moyens de raccordement 20 et le moyen de déconnexion 30.

Les moyens de cisaillement 50 de l'arc électrique 40 sont ainsi préférentiellement conformés pour attaquer simultanément l'arc électrique 40 suivant au moins deux directions distinctes.

Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, les moyens de cisaillement 50 sont conformés pour attaquer l'arc électrique 40 par bord latéral, c'est-à-dire selon un plan sécant ou perpendiculaire à la direction longitudinale d'extension de l'arc électrique 40, et suivant au moins deux directions F1 , F2 sensiblement opposées et centripètes, c'est-à-dire orientées en direction du centre de la section de l'arc électrique 40 (figures 2', 2").

Les moyens de cisaillement 50 sont en outre préférentiellement agencés et disposés au sein du boîtier 60 de manière à pouvoir être commandés, et notamment libérés par le mouvement du moyen de déconnexion 30.

Plusieurs modes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en se référant aux figures 1 à 5.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, illustré notamment sur les figures 1 et 2, les moyens de cisaillement 50 comportent au moins deux parties actives 51 , 52 électriquement isolantes, aptes à se rapprocher l'une de l'autre lors de l'ouverture du moyen de déconnexion 30 de manière à assurer, par coopération mutuelle, le cisaillement de l'arc électrique 40.

Au sens de l'invention, l'expression « parties actives » fait référence aux parties des moyens de cisaillement 50 intervenant directement dans l'action de cisaillement de l'arc électrique 40. Il s'agit en particulier des parties des moyens de cisaillement 50 aptes à venir directement en contact physique avec l'arc électrique 40.

Au sens de l'invention, les moyens de cisaillement 50 peuvent comporter une unique partie active mobile 51 apte à se déplacer dans l'espace interstitiel 11 lors de l'ouverture du moyen de déconnexion 30 ou encore deux parties actives mobiles (variante non représentée), aptes à se

rapprocher l'une de l'autre lors de l'ouverture dudit moyen de déconnexion 30. Dans le cas où les moyens de cisaillement 50 comportent une unique partie active mobile 51 , ils comportent également au moins une partie active fixe 52 formant de préférence une butée à rencontre de la partie active mobile 51.

Avantageusement, la partie active mobile 51 et le moyen de déconnexion 30 sont montés relativement de telle manière que lors de l'ouverture du moyen de déconnexion 30, ce dernier libère la partie active mobile 51 , autorisant ainsi le déplacement de cette dernière. Lorsque le moyen de déconnexion 30 est en position de fermeture, la partie active mobile 51 vient avantageusement en appui contre le moyen de déconnexion 30. La lame de déconnexion 31 est alors de préférence montée en contrainte de telle manière que lors de son ouverture, elle s'écarte suffisamment de l'électrode 21 pour ne plus constituer un obstacle à rencontre du déplacement de la partie active mobile 51.

La force responsable du déplacement de la partie active mobile 51 peut être de toute nature, mais sera de préférence une force de rappel élastique. A cet effet, les moyens de cisaillement 50 comportent avantageusement un moyen de rappel élastique 70, du genre ressort, monté de manière à exercer une force de rappel élastique sur la partie active mobile 51 , ladite force de rappel élastique s'exerçant suivant une direction sensiblement parallèle à l'axe de compression du moyen de rappel élastique 70. Cette force de rappel élastique tend ainsi à repousser la partie active mobile 51 vers l'autre partie active, et notamment vers la partie active fixe 52.

Selon une première variante de réalisation illustrée sur les figures 1 et 2, la partie active mobile 51 est montée de manière à pouvoir se déplacer en translation suivant la direction F lors de l'ouverture du moyen de déconnexion 30.

Selon une autre variante illustrée sur les figures 3 à 5, la partie active mobile 51 est montée de manière à pouvoir se déplacer en rotation autour d'un axe de rotation 100 et suivant la direction S lors de l'ouverture du moyen de déconnexion 30.

De façon préférentielle, la partie active mobile 51 comporte un volet isolant 53 (ou organe d'isolement) destiné à être interposé entre le moyen de déconnexion 30 et les moyens de raccordement 20 lorsque le moyen de déconnexion 30 est en position d'ouverture.

Selon une variante de réalisation préférentielle illustrée sur les figures 3 à 5, le volet isolant 53 est préférentiellement formé par une enveloppe, conformée de manière à venir entourer au moins partiellement le moyen de déconnexion 30 et/ou les moyens de raccordement 20 lorsque le moyen de déconnexion 30 est en position d'ouverture.

Selon une première variante non représentée, l'enveloppe peut comporter une partie centrale, par exemple plane, destinée à être interposée entre la lame de déconnexion 31 et l'électrode 21 , et des parties latérales préférentiellement courbes de manière à venir enrober, au moins partiellement, l'électrode 21 ou la lame de déconnexion 31 , augmentant ainsi la distance d'isolement entre ces deux pièces.

Selon une autre variante de réalisation illustrée sur les figures 3 à 5, l'enveloppe est formée par un manchon 44 destiné à venir entourer, au moins partiellement, la lame de déconnexion 31 ou l'électrode 21.

De façon préférentielle, le manchon 44 présente une section transversale en forme de U et est délimité latéralement par trois parois 44A, 44C, 44D et longitudinalement par un fond 44B. L'ensemble de ces parois délimitent ainsi un logement intérieur 45 débouchant au niveau d'une ouverture 46

permettant au manchon 44 de venir s'emmancher autour de l'électrode 21 , enrobant ainsi cette dernière (figure 5).

Le manchon 44 est avantageusement solidarisé avec un bras 49 articulé, de préférence formé par un plateau. De façon préférentielle, le manchon 44 est venu de matière avec le bras 49, formant alors avec ce dernier une seule et même pièce fonctionnelle. Le manchon 44 fait avantageusement saillie à partir du plateau formé par le bras 49. Ainsi, les parois 44A et 44C du manchon 44 s'étendent sensiblement perpendiculairement par rapport au bras 49, formant ainsi le logement intérieur 45 qui s'ouvre du côté de la face 10A de la varistance 10. Le bras 49 est avantageusement monté mobile en rotation autour de l'axe de rotation 100, de manière à pouvoir pivoter autour de cet axe sous l'action de la force de rappel exercée par le moyen de /appel élastique 70. Le bras 49 entraîne alors simultanément le volet isolant 53 dans un même mouvement de rotation.

Avantageusement, le moyen de rappel élastique 70 s'étend de préférence entre une première extrémité fixe 71 , par exemple solidarisée avec le boîtier 60, et une deuxième extrémité 72, fixée sur ou venant en appui contre le bras 49 et susceptible de se déplacer avec ce dernier au sein du boîtier 60. Une fois la partie active mobile 51 libérée de la lame de déconnexion 31 , le moyen de rappel élastique 70 exerce sur le bras 49 une force motrice, entraînant ce dernier dans un mouvement de rotation autour de l'axe de rotation 100.

De façon particulièrement avantageuse, le manchon 44 comporte un prolongement 47, sensiblement perpendiculaire à la face 44C dudit manchon. Le prolongement 47 vient ainsi, dans la position d'ouverture, s'interposer entre la lame de déconnexion 31 d'une part et l'une des faces 10A de la varistance 10 d'autre part, de manière à empêcher le contournement du volet isolant 53 par un arc électrique.

De façon préférentielle, les faces opposées 44A, 44C du manchon 44 peuvent être avantageusement courbes, de manière à s'adapter au mouvement de rotation du volet isolant 53. Ceci permet notamment d'ajuster de manière plus précise les dimensions du logement intérieur 45 aux dimensions de l'électrode 21.

Dans le cas de la variante illustrée aux figures 1 et 2, pour laquelle la partie active mobile 51 se déplace en translation, le volet isolant 53 peut également comporter un manchon (non représenté) susceptible de se déplacer suivant une direction sensiblement rectiligne verticale et parallèle au plan d'extension de la face 10A de la varistance 10. Le dispositif peut alors comporter, selon cette variante, des moyens de guidage (non représentés) permettant d'assurer le guidage en translation de la partie active mobile 51.

Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, les parties actives 51 , 52 sont montées de manière à venir en appui l'une contre l'autre lors de l'ouverture du moyen de déconnexion 30, assurant ainsi l'étranglement de l'arc électrique 40 (figure 2).

De façon préférentielle, la partie active mobile 51 vient ainsi en appui contre la partie active fixe 52 au niveau d'une interface de contact 54, l'arc électrique 40 étant alors cisaillé entre lesdites parties actives 51 , 52, d'une part en raison de la force motrice FM exercée par la partie active mobile 51 sous l'action du moyen de rappel élastique 70, et d'autre part en raison de la force de réaction R, sensiblement opposée à la force motrice FM, exercée par la partie active fixe 52 (figures 2, 2', 2").

La partie active fixe 52 peut avantageusement être formée par une lame en matériau isolant, par exemple en céramique, faisant saillie à 90° par rapport à l'une des faces latérales du boîtier 60 (figure 3). Ainsi, lors de l'ouverture du moyen de déconnexion 30, la partie active mobile 51 se déplace en

direction de la partie active fixe 52 jusqu'à ce que sa partie frontale 55 vienne en appui contre ladite partie active fixe 52.

Afin de parfaire le contact entre les parties actives fixe 52 et mobile 51 et donc de favoriser le cisaillement de l'arc électrique 40, les moyens de cisaillement 50 comportent des moyens de contact 56, aptes à assurer une mise en appui sensiblement étanche des parties actives 51 , 52 au niveau de l'interface de contact 54. Les moyens de contact 56 sont ainsi avantageusement disposés et conformés de manière à former l'interface de contact 54 entre les parties actives 51 , 52 lorsque le moyen de déconnexion 30 est en position d'ouverture (figure 2').

Les moyens de contact 56 sont avantageusement formés par un matériau sensiblement souple, tel qu'un matériau élastomère, situé de préférence à l'extrémité de l'une des parties actives 51 , 52. De façon préférentielle, le matériau formant les moyens de contact 56 est suffisamment souple pour épouser la forme de la partie active 51 ou 52 située en regard. En particulier, dans le cas des variantes de réalisation illustrées aux figures, les moyens de contact 56 sont formés par un matériau suffisamment souple pour épouser, avec étanchéité, la forme de la partie frontale 55 de la partie active mobile 51. Les moyens de contact 56 peuvent ainsi être intégrés structurellement à l'une des parties actives 51 , 52, formant alors par exemple l'extrémité d'une partie active 51 , 52 mais peuvent également être formés par une couche de matériau souple, disposée sur la surface d'au moins l'une des parties actives 51 , 52, et éventuellement sur la surface de chaque partie active 51 , 52.

Selon une autre variante préférentielle, les moyens de contact 56 peuvent être formés par une pièce indépendante rapportée sur l'une des parties actives 51 , 52, par exemple sur la partie active fixe 52, tel que cela est illustré sur les figures.

Afin de limiter le phénomène de rebond lors de la mise en appui des parties actives 51 , 52 l'une contre l'autre, les moyens de cisaillement 50 comportent avantageusement des moyens d'amortissement. Les moyens d'amortissement sont préférentiellement formés par un tampon 57 élastique et compressible formant l'interface de contact 54 entre les parties actives 51 , 52, et apte, en se comprimant, à emmagasiner l'énergie correspondant à l'élan de la partie active mobile 51 , empêchant ainsi cette dernière de rebondir contre la partie active fixe 52.

De façon préférentielle, et tel que cela est illustré sur les figures, les moyens de contact 56 et les moyens d'amortissement sont formés par un même tampon 57 élastomère. En empêchant le phénomène de rebond, les moyens d'amortissement permettent ainsi d'améliorer l'efficacité du cisaillement de l'arc électrique 40.

La mise en appui des parties actives 51 , 52 apparaît au demandeur comme une solution technique particulièrement efficace pour assurer le cisaillement de l'arc électrique 40. Il est toutefois bien évidemment envisageable, sans sortir du cadre de l'invention, que les parties actives 51 , 52 ne viennent pas directement en appui l'une contre l'autre mais soient montées de manière à se croiser, de préférence avec un faible jeu, lors de l'ouverture du moyen de déconnexion 30. Dans ce cas, les parties actives 51 , 52 exercent simultanément sur l'arc électrique 40 des contraintes de cisaillement sensiblement opposées.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de cisaillement 50 comportent des moyens de libération d'un gaz, ces derniers étant conçus pour générer des flux gazeux Φ, Φ' suffisamment importants pour assurer le cisaillement de l'arc électrique 40 (figure 2', 2"). Les flux gazeux Φ, Φ' ainsi générés sont dirigés vers l'arc électrique 40 suivant des directions différentes, de préférence centripètes, et exercent des pressions

mécaniques suffisantes sur l'arc électrique pour obtenir une réduction de sa section.

Selon la variante préférentielle illustrée sur les figures 2', 2", les moyens de libération sont préférentiellement formés par au moins l'une des parties actives 51 , 52, laquelle est composée d'un matériau apte à libérer un gaz sous l'effet de la chaleur générée par l'arc électrique 40. L'action mécanique combinée des parties actives 51 , 52 d'une part et des flux gazeux Φ, Φ' d'autre part permet ainsi d'obtenir une réduction particulièrement efficace de la section de l'arc électrique.

Selon la variante illustrée sur la figure 2', une seule des parties actives 51 , 52, à savoir la partie active mobile 51 , forme les moyens de libération. Ainsi, lors de son déplacement, la partie active mobile 51 vient au contact de l'arc électrique 40, s'échauffe, au moins localement dans la région située à proximité de l'arc. Cet échauffement libère des flux gazeux Φ, qui viennent directement attaquer l'arc électrique 40, par ailleurs coincé entre la partie active mobile 51 et la partie active fixe 52.

Dans une variante de réalisation illustrée sur la figure 2", chaque partie active 51 , 52 est composée d'un matériau susceptible de libérer un gaz sous l'effet de la chaleur, les moyens de libération permettant alors, dans cette configuration, de générer des flux gazeux Φ, Φ' sensiblement opposés permettant une attaque circonférentielle et centripète de l'arc électrique 40 plus efficace encore que la configuration illustrée sur la figure 2'.

De façon préférentielle, le matériau utilisé pour réaliser les moyens de libération aura la capacité de libérer, sous l'effet de la chaleur, de l'hydrogène, ce gaz étant connu pour ses propriétés de refroidissement. L'hydrogène libéré pourra ainsi agir sur l'arc électrique 40 non seulement en exerçant une pression mécanique sur ce dernier, mais également en le

refroidissant. En diminuant la température et la section de l'arc électrique 40, les moyens de cisaillement 50 conforment à l'invention permettent ainsi d'augmenter de façon significative l'impédance de l'arc électrique 40, et donc de réduire l'intensité du courant écoulé par ce dernier. A titre d'exemple illustratif et non limitatif, on pourra utiliser, comme matériau apte à libérer un gaz, du polyacétal ou du polyoxyméthylène.

Il est également envisageable, sans sortir du cadre de l'invention, que les moyens de contact 56 ou d'amortissement soient également formés par un matériau apte à libérer un gaz. Ce matériau devra alors, bien évidemment, présenter des propriétés supplémentaires d'élasticité et de souplesse conférant aux moyens de contact 56 ou d'amortissement leurs caractéristiques fonctionnelles.

L'utilisation des parties actives 51 , 52 comme moyens de libération permet ainsi, à mesure que ces dernières se rapprochent l'une de l'autre et de l'arc électrique 40, de générer des flux gazeux Φ, Φ' convergents vers l'arc électrique suivant des directions différentes, assurant ainsi un cisaillement plus efficace de ce dernier. Il est toutefois bien évidemment envisageable d'utiliser d'autres moyens de libération d'un gaz, distincts des parties actives 51 , 52, et ce sans sortir du cadre de l'invention.

Toutefois, ce mode de réalisation préférentiel permet, à l'aide des mêmes pièces, d'augmenter l'efficacité du cisaillement mécanique de l'arc électrique 40 à l'aide de la pression mécanique exercée simultanément d'une part par les flux gazeux Φ, Φ' et d'autre part par les forces motrices FM et de réaction R. Une telle disposition permet donc, avec un nombre minimum de pièces, d'accélérer la déconnexion effective du composant de protection 10 en assurant une extinction rapide de l'arc électrique 40 éventuellement formé.

La présente invention concerne également un procédé d'amélioration de la capacité de coupure d'un dispositif de protection 1 d'une installation électrique contre les surtensions, au sein duquel un arc électrique 40 est susceptible de se former lors de la déconnexion du dispositif de protection 1 vis-à-vis de l'installation électrique.

Au sens de l'invention, le procédé comporte avantageusement une étape (a) de cisaillement de l'arc électrique 40, au cours de laquelle on attaque, de préférence simultanément, l'arc électrique suivant au moins deux directions différentes, préférentiellement opposées, de manière à réduire sa section.

Avantageusement, l'étape (a) de cisaillement comporte une phase d'étranglement de l'arc électrique 40 entre au moins deux parties actives 51 , 52.

L'étape (a) de cisaillement comporte en outre avantageusement une phase de génération de flux gazeux Φ, Φ' d'intensités suffisamment importantes pour assurer le cisaillement de l'arc électrique 40.

Le procédé conforme à l'invention comporte enfin avantageusement une étape (b) de refroidissement de l'arc électrique 40 permettant, en diminuant la température de l'arc, d'augmenter l'impédance de ce dernier et donc de diminuer l'intensité du courant écoulé.

De façon préférentielle, les étapes (a) de cisaillement et (b) de refroidissement sont effectuées simultanément, avec des moyens de libération d'un gaz communs.

Le fonctionnement du dispositif de protection 1 conforme à l'invention va maintenant être décrit en se référant aux variantes préférentielles représentées aux figures 1 à 5.

Lorsqu'une surtension d'amplitude suffisante se produit, le dispositif de protection 1 , monté en dérivation par rapport à l'installation électrique, devient passant et écoule à la terre le courant de surtension, préservant ainsi l'installation. Lorsqu'un courant d'intensité trop importante ou une utilisation prolongée provoque un échauffement excessif du dispositif, la soudure thermique assurant la liaison par contact entre la lame de déconnexion 31 (ou le moyen de déconnexion 30) et l'électrode 21 (ou les moyens de raccordement 20) du composant de protection 10 fond ou rompt. La lame de déconnexion 31 s'écarte alors, par effet ressort, de l'électrode 21 , créant ainsi l'espace interstitiel 11 , formé par une lame d'air isolante. Il peut alors se former, simultanément avec l'ouverture, un arc électrique 40 dans l'air situé dans l'espace interstitiel 11 , cet arc électrique 40 s'étendant alors sensiblement longitudinalement entre l'électrode 21 et la lame de déconnexion 31 en empruntant de préférence le chemin le plus court entre ces deux pièces.

En s'écartant, la lame de déconnexion 31 libère la partie active mobile 51 , initialement en appui contre la lame. Sous l'action de la force de rappel exercée par le moyen de rappel élastique 70, la partie active mobile 51 est repoussée vers la partie active fixe 52 jusqu'à venir en butée contre cette dernière, par l'intermédiaire des moyens de contact 56. En particulier, la partie frontale 55 de la partie active mobile 51 vient s'écraser contre les moyens de contact 56 et/ou d'amortissement qui assurent ainsi un appui ferme, étanche et/ou sans rebond des parties actives 51 , 52 l'une contre l'autre. Lors du rapprochement relatif des parties actives 51 , 52, l'espace disponible pour l'arc électrique 40 se réduit, ce qui a pour effet de l'étrangler et de diminuer sa section, augmentant ainsi son impédance. Lors de la mise en contact des parties actives 51 , 52, l'arc électrique 40 est cisaillé entre ces dernières, ce qui entraîne une diminution encore plus importante de sa section.

La partie frontale 55 de la partie active mobile 51 , située à proximité ou en contact avec l'arc électrique 40, voit sa température augmenter fortement et libère alors des flux gazeux Φ d'intensités et de vitesses suffisamment élevées pour assurer le cisaillement de l'arc électrique 40. Dans la position terminale illustrée sur la figure 2', l'arc électrique 40 est ainsi cisaillé d'une part entre la partie active mobile 51 et la partie active fixe 52 et d'autre part entre les flux gazeux Φ convergents vers l'arc électrique 40 à l'interface de contact 54 entre les parties actives 51 , 52.

Tel que cela est illustré sur les figures 2', 2", l'arc électrique 40 est ainsi enfermé dans une « mini-cavité » 58 où il est soumis d'une part aux forces motrice FM et de réaction R des parties actives 51 , 52 des moyens de cisaillement 50, et d'autre part aux flux gazeux convergents Φ, Φ'.

Les gaz libérés, de préférence l'hydrogène, ont également pour effet d'abaisser la température de l'arc électrique ce qui, en association avec la diminution de sa section, contribue à augmenter son impédance et à diminuer l'intensité du courant écoulé, de telle sorte qu'on obtient plus rapidement l'isolement définitif du composant de protection 10 vis-à-vis de l'installation électrique.

Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention permet donc, grâce à un montage particulièrement simple, robuste et fiable, d'assurer une déconnexion rapide et systématique du composant de protection 10 en cas de dégradation ou de défaillance de ce dernier.

Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention présente ainsi des performances nettement supérieures aux dispositifs connus en termes d'isolement et de déconnexion.

Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention présente également une résistance améliorée à la dégradation et à la pollution conductrice générées par l'arc électrique 40, conservant ainsi plus longtemps ses capacités d'isolement.

POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE

L'invention trouve son application industrielle dans la fabrication de dispositifs de protection contre les surtensions.