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WO2012123589A1 - Procede de fabrication d'un fusible, methodes de mise en oeuvre et d'identification, et fusible - Google Patents

Procede de fabrication d'un fusible, methodes de mise en oeuvre et d'identification, et fusible Download PDF

Info

Publication number
WO2012123589A1
WO2012123589A1 PCT/EP2012/054800 EP2012054800W WO2012123589A1 WO 2012123589 A1 WO2012123589 A1 WO 2012123589A1 EP 2012054800 W EP2012054800 W EP 2012054800W WO 2012123589 A1 WO2012123589 A1 WO 2012123589A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuse
arc
blade
during
test
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/054800
Other languages
English (en)
Inventor
William BUSSIERE
David ROCHETTE
Pascal Andre
Jean-Louis Gelet
Original Assignee
Universite Blaise Pascal - Clermont Ii
Universite D'auvergne Clermont I
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universite Blaise Pascal - Clermont Ii, Universite D'auvergne Clermont I filed Critical Universite Blaise Pascal - Clermont Ii
Priority to EP12710914.8A priority Critical patent/EP2686863A1/fr
Publication of WO2012123589A1 publication Critical patent/WO2012123589A1/fr

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/0039—Means for influencing the rupture process of the fusible element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H69/00—Apparatus or processes for the manufacture of emergency protective devices
    • H01H69/02—Manufacture of fuses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/38—Means for extinguishing or suppressing arc
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H69/00—Apparatus or processes for the manufacture of emergency protective devices
    • H01H69/01—Apparatus or processes for the manufacture of emergency protective devices for calibrating or setting of devices to function under predetermined conditions
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    • H01H85/08—Fusible members characterised by the shape or form of the fusible member
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    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05—Component parts thereof
    • H01H85/165—Casings

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a fuse, a method for implementing this method, a method for identifying this method, and a fuse equipped with means for controlling the electromagnetic environment.
  • the field of the invention is that of the manufacture and implementation of fuses, in particular associated with capacitance discharge capacitors.
  • a fuse comprises a metallic conductive element housed in a ceramic envelope filled with sand.
  • the conductive element adapted to melt when the current flowing through the fuse has an overcurrent, may include areas of reduced cross section promoting fusion.
  • the fuse integrated in an electrical circuit thus makes it possible to cut off the current flowing in this circuit, before the current has reached a maximum value of intensity.
  • FR-A-2 494 901 discloses a fuse, comprising ferrite strips spaced apart by insulating strips and between which a fusible conductive element extends.
  • This element is a cylindrical wire of constant section surrounded by air, not sand.
  • the conductor wire melts and an electric arc is created.
  • the appearance of Laplace forces during the arc regime allows to blow the arc to cause its extinction.
  • Pre-arc and pre-arc / arc transition are not affected.
  • This fuse is not suitable for high energy applications, where the fault current flowing through the fuse is high.
  • this document specifies that the electrical part can be modeled by a Laplace equation governing a quasi-static electrical potential, where the induction effects are neglected.
  • This Laplace equation involves physical quantities such as volumetric enthalpy, current density and electric field (electrical part of the model), but in no case the Laplace forces (mechanical part of the model).
  • this document mentions the computation of a Joule integral to compare the results of experimentation and simulation, but without distinguishing between the pre-arc and the arc regime.
  • US-A-2007 210 414 describes different variants of a device for protecting a semiconductor comprising a fuse blade, as well as various methods for increasing the resistance of this fuse blade, but in no case a method of manufacturing a fuse.
  • the structure of the device described in this document is considerably more complex than that of a fuse.
  • the fuse blade can be straight or meander.
  • the device comprises a fuse strip forming meanders, with curved portions and straight portions parallel to each other, but in no case two fuse blades arranged in parallel in the envelope of a fuse.
  • the teachings in this document apply only to the arc regime.
  • the pre-arc / arc transition regime in order for the fuse to have a reduced arc speed and an effective cutoff, the pre-arc / arc transition regime must be controlled.
  • this transition pre-arc / arc has a duration of the order of a few tens or hundreds of microseconds, in all cases less than one millisecond, for an intensity of the order of several tens of kiloamperes.
  • Several physical phenomena occur during the pre-arc / arc transition, such as warming and phase changes of the metallic conductive element that melts.
  • the existing fuse manufacturing processes take into account only or mainly the thermodynamic aspects of operation of the fuse, in particular to choose the material of the conductive element, as well as to size this element and its reduced sections. In practice, these models do not optimize the fuse cutoff, that is to say the separation of material in the reduced section areas, particularly for the intended applications.
  • the object of the present invention is to provide a fuse, and a method of manufacturing such a fuse, improved by taking into account physical phenomena other than thermodynamic aspects.
  • the subject of the invention is a method for manufacturing a fuse, comprising a step of determining the geometry of at least one fuse blade fitted to this fuse, in which the following parameters are considered:
  • the method is characterized in that, in this determination step, Laplace forces undergoing at least this part of the fuse blade are also considered.
  • the invention makes it possible to improve the geometry of the fuse blade and to better control the separation of material during the pre-arc / arc transition.
  • the fuse cutoff is more efficient, while maintaining high reliability.
  • the manufacturing process and the fuses thus obtained are well suited to high energy capacity discharge type applications, for which a large amount of energy is volatilized during a reduced time in the envelope and the sand contained in this envelope.
  • the Joule integral of the fuse is reduced, which improves its performance for the protection of the components of the electrical circuit and advantageously limits the abnormally high level in the device to be protected (or in the circuit).
  • the determination step comprises a substep of calculating the density of Laplace forces distributed over at least a portion of the fuse blade including using a numerical modeling incorporating thermal, electromagnetic and mechanical parameters.
  • the sub-calculation step consists in determining stress concentration zones resulting from Laplace forces exerted on the part of the fuse blade and is followed by an optimization sub-step consisting in adapting the geometry of the fuse blade in function of thermal, electromagnetic and / or mechanical parameters, the calculation and optimization sub-steps preferably being repeated according to an iterative loop comprising a predetermined number of sequences.
  • the invention also relates to a method of implementing a fuse manufactured according to such a method.
  • This method includes:
  • a step of modifying the intrinsic components of the fuse in particular by modifying the geometry of the fuse blade (s) and / or by adding means for controlling the electromagnetic environment of this or these fuse blades;
  • the invention also relates to a method for identifying a fuse manufactured according to such a method, for predefined protection conditions.
  • This method includes:
  • test step including carrying out a first test on a first fuse manufactured according to a process different from the method according to the invention, and carrying out a second test carried out on a second fuse assumed to be manufactured according to the method of invention, where the first test and the second test are performed under the same predefined conditions; then
  • the comparison step consists in comparing the duration of the pre-arc regime and the pre-arc / arc transition and / or the duration of the arc regime measured for the first fuse during the first test and for the second fuse during the second test.
  • the comparison step consists in comparing the shape of a first time-current curve recorded during the first test for the first fuse and the shape of a second time-current curve recorded during the second test for the second fuse.
  • the comparison step consists of comparing the appearance of metal vapors on the fuse blade of the first fuse during the first test and the appearance of metal vapors on the fuse blade of the second fuse during the second test.
  • the comparison step consists in comparing the speed of appearance of the first light emitted by the metal vapors during the cutting of the fuse blade of the first fuse and the speed of appearance of the first light emitted by the metal vapors when cutting the fuse blade of the second fuse.
  • the comparison step consists in comparing the location of the metal vapors during the cutting of the fuse blade of the first fuse and the location of the metal vapors during the cutting of the fuse blade of the second fuse.
  • the invention also relates to a fuse comprising a ceramic envelope and at least one fuse blade disposed in this envelope, characterized in that it also comprises means for controlling the electromagnetic environment of the fuse blade during a regime. pre-arc and / or pre-arc / arc transition by amplifying or attenuating Laplace forces experienced by at least a portion of the fuse blade.
  • the control means include at least one magnet of the permanent magnet or electromagnet type disposed inside the casing, each magnet being configured to at least partially modify a magnetic field internal to the casing during the predetermined regime; arc and / or transition pre-arc / arc.
  • the control means include at least one electromagnet receiving an electric current of fixed or variable predetermined intensity and generating a magnetic field internal to the envelope, this magnetic field amplifying or reducing the intensity of Laplace forces experienced by at least a portion of the fuse blade during pre-arc and / or pre-arc / arc transition.
  • the control means include a shield which is arranged around the envelope of the fuse and reduces the influence exerted by an external magnetic field on the envelope on a magnetic field internal to the envelope, this shield being dimensioned according to the Laplace forces experienced by at least a portion of the fuse blade during pre-arc and / or pre-arc / arc transition.
  • the fuse comprises at least two fuse blades arranged in parallel in the envelope, these fuse blades being configured to generate magnetic fields that accumulate or compensate for one another in order to accentuate or reduce the intensity of Laplace forces experienced by at least a part of each of the fuse blades during pre-arc and / or pre-arc / arc transition.
  • FIG. 1 is a graph illustrating the theoretical operation of a current limiting fuse
  • FIG. 2 is a superposition of two graphs illustrating the practical operation of the fuse
  • FIG. 3 is a schematic representation of a fuse, equipped with a conductive fuse blade, the fuse being manufactured using the method according to the invention
  • FIG. 4 is a schematic representation of a portion of the blade, showing the creation of a magnetic field when the current flows in this part;
  • FIG. 5 is a model of a portion of a fuse blade corresponding to the detail V of the blade in FIG. 3;
  • FIG. 6 is a schematic representation of a fuse blade portion according to a second embodiment of the invention, equipped with a magnet;
  • FIG. 7 is a schematic representation of a fuse blade portion according to a third embodiment of the invention, equipped with two parallel fuse blades;
  • FIG. 8 is a schematic representation of a fuse according to a fourth embodiment of the invention, equipped with a shield.
  • the graph of FIG. 1 shows the evolution of the intensity of the current in an electric circuit as a function of the time of establishment of the current in the circuit.
  • This graph illustrates the theoretical operation of a current limiting fuse integrated into the electrical circuit.
  • the fuse cutoff corresponds to the fusion of a conductive element fitted to the fuse, when this fuse is traversed by a fault current having an overcurrent.
  • a first curve C1 represents the intensity of the short circuit current without a fuse in the circuit
  • a second curve C12 represents the intensity of the peak current in the circuit equipped with the fuse.
  • a first part C12a of the curve C12 follows the curve C1 1
  • a second part C12b of the curve C12 decreases to a value of zero intensity.
  • the duration t12 is the sum of the durations t1a and t1b and corresponds to the total duration of circulation of the current in the circuit fitted with the fuse.
  • the current limiting fuse produces its effects at an intensity Im12 corresponding to the duration t1a, before the current has reached a maximum value Im1 1 corresponding to a duration t1 1 on the curve C1 1 .
  • the duration t1 a is of the order of half the duration t1 1
  • the intensity Im12 is of the order of half the intensity Im1 1, which is of the order of several tens or hundreds of kiloamperes for the intended applications.
  • VR 2 + L 2 ⁇ 2 and ⁇ is the "switch-on angle", corresponding to the instant at which the current setting actually begins, measured since the voltage Uac has been switched to 0.
  • the established current is not symmetrical . More precisely, the current even has a maximum asymmetry, corresponding to a phase shift ⁇ tending towards ⁇ / 2, with typically cos ⁇ ⁇ 0.1.
  • FIG. 2 shows two graphs illustrating the successive operating modes of a current limiting fuse 9, shown schematically in FIG. 3 and manufactured according to the method according to the invention.
  • the fuse 9 comprises a casing 12 filled with granular material 14 and provided with a conductive fuse blade 16 which extends between unrepresented longitudinal ends of the fuse 9.
  • the envelope 12 is ceramic and has a cylindrical profile
  • the material 14 is sand
  • the blade 16 is made of metal alloy, for example a silver alloy and / or tin.
  • This blade 16 has segments 17 separated by zones 18 of reduced section S. In its longitudinal direction, the blade 16 has a constant thickness and a reduced width at the zones 18 relative to the width of the segments 17.
  • the zones 18 Equipped with the blade 16 are of a single type, with notches 19 formed on either side of a central bar 20.
  • the notches 19 have a rectangular profile and are separated by the bar 20 which circulates the electric current flowing through the blade 16.
  • the notches 19 and the bars 20 may have a different configuration.
  • the notches 19 may have a circular or oval profile.
  • the blade 16 may comprise several different types of areas 18 of reduced sections.
  • the zones 18 are of two or three different types distributed alternately along the blade 16, with notches 19 and bars 20 of different shapes for each type of zone 18.
  • Figure 2 shows graphs 2A and 2B showing a test performed on the fuse 9, while the current flowing through the circuit is overcurrent.
  • the establishment of the current in the circuit equipped with the fuse 9 corresponds to an initial moment "tO".
  • the breaking of the fuse 9 corresponds to the melting of the zones 18 of reduced section S as a function of the intensity of the fault current.
  • the graphs 2A and 2B show a pre-arc regime R1, a pre-arc / arc transition R2, an arc regime R3 and an arc extinction regime R4 which follow one another in time.
  • the graph 2A includes a curve C21 showing the change in the electrical intensity I of the current in the circuit in kiloamperes (kA), represented on the ordinates, as a function of the time t in milliseconds (ms), represented on the abscissa.
  • This curve C21 is comparable to the curve C12 of FIG. 1, insofar as it illustrates the current-limiting effect of the fuse 9.
  • the curve C21 has a maximum intensity Im21, which is comparable to the maximum intensity Im12 of the C12 curve.
  • the intensity Im21 is of the order of several kiloamperes, for example 10 kiloamperes, and can reach 200 kiloamperes for the targeted applications.
  • the graph 2B comprises a curve C22 showing the evolution of the voltage U in the circuit in kilovolts (kV), represented on the ordinate, as a function of the time t in milliseconds (ms), represented on the abscissa. .
  • the curve C22 has a maximum voltage Um22, which is for example of the order of 2 kilovolts, as well as several points of inflection.
  • the electric current flows in the blade 16 of the fuse 9, as during normal operation of the fuse 9.
  • This flow of the current in the blade 16, at a nominal conduction intensity is represented by an arrow M 6 in Figure 3.
  • the curve C21 increases according to equation (2) above, while the curve C22 remains substantially straight for a zero voltage value. Indeed, at the scale of Figure 2, the voltage in the fuse circuit 9 can effectively be considered as zero pre-arc mode.
  • This regime R1 lasts between a time tO when the current starts in the circuit and a time t1 where begins the formation of an electric arc in the envelope 12 of the fuse 9.
  • the time t1 corresponding to the beginning of the pre-arc / arc transition R2 occurs after a duration of the order of 3 or 4 milliseconds.
  • the regime R3 occurs between, on the one hand, an instant t2 where the curve C22 has a point of inflection corresponding to a voltage value Um23 while continuing to grow and, on the other hand, a time t3 where the curve C21 joins the abscissa curve for a value of zero intensity and where curve C22 shows a sharp decrease. Between times t2 and t3, the curve C22 reaches the maximum voltage Um22. In practice, the duration of this regime R3 must be as small as possible in order to improve the cut-off of the fuse 9.
  • the curve C21 has a point of inflection corresponding to the maximum intensity Im21, whereas the curve C22 has a strong growth, corresponding to the appearance of the voltage in the circuit, up to the voltage value Um23 for which this curve C22 has a point of inflection while continuing to grow.
  • the duration of the regime R2, between times t1 and t2, is of the order of a few tens of microseconds, for example 50 microseconds.
  • Equation 6 K corresponds to the Meyer coefficient which is characteristic of the conductive material, and more precisely: p (Equation 7) where Cv is the mass heat coefficient of the material, "p" is the resistivity of the material, while c8 is the difference in temperature between ambient temperature and melting temperature of the material.
  • the resistivity can be considered to be substantially constant, although it varies with temperature.
  • the Meyer K coefficient of silver is equal to:
  • thermodynamic phenomena with cumulative effects follow one another during the transition regime R2: heating of the solid phase fusible link material 16 from ambient temperature to the beginning of melting, phase change of the constant temperature material from the solid phase to the liquid phase, heating of the material in the liquid phase from the melting temperature to the vaporization, phase change of the constant temperature material from the liquid phase to the gas phase, heating of the material to gas phase.
  • the Meyer coefficient K of the zone 18 of reduced section S, and more precisely of the bar 20, is the sum of several coefficients Ki representative of each of these phenomena:
  • Ki are known.
  • the appearance of the electric arc can not be associated precisely with one of these phenomena in particular.
  • a magnetic field H21 is created in the vicinity of a conductive element 21 traversed by a current i21.
  • this element 21 can be compared to the blade 16, to the bar 20, or to a constituent elongated strand of the bar 20.
  • the bar 20 can be modeled by several strands arranged in parallel in the longitudinal direction of the blade 16. More specifically, five strands 21, 22, 23, 24 and 25 arranged in parallel are shown in Figure 5, it being understood that depending on the desired accuracy of the model, the bar 20 may comprise a larger number of strands.
  • each strand 21 to 25 is traversed by a current i21 to i 25, whose value is such that:
  • each strand 21 to 25 creates a magnetic field that affects the neighboring strands.
  • the strand 21 is affected by a magnetic field Hs21 which is the sum of the set of magnetic fields H22 to H25 generated by the strands 22 to 25, whereas the force F21 exerted on the strand 21 is the sum of the forces Laplace created by these fields.
  • each strand 21 to 25 is affected by a magnetic field Hs21 to Hs25 and a resulting Laplace force F21 to F25.
  • electrical resistivity values are transmitted to the second software, which is configured to determine characteristic parameters of the current, such as the current density, as well as corresponding effort values. to Laplace's forces.
  • An iterative loop makes it possible to optimize the different parameters according to their interdependent variations.
  • each region 27 or 28 may be subjected to a density of Laplace forces that is greater or smaller depending on the geometry of zone 18 and the parameters of current M 6 in the blade 16.
  • the method according to the invention makes it possible to manufacture a fuse 9 with a geometry adapted by taking into account the Laplace forces undergone by at least a part of the fuse blade 16, in particular the zones 18.
  • the method of manufacturing the fuse 9 comprises a step of determining the geometry of one or more fuse blades 16 fitted to this fuse 9.
  • the following parameters are considered: the nominal conduction current of the current M 6 of the fuse blade 16, the nominal operating voltage U of the fuse 9, the Joule integral [l 2 t] -1 corresponding to pre-arc R1 regime at least a portion of the fuse blade 16, and a Joule integral [l 2 t] -2 corresponding arc R3 at this portion of the fuse blade.
  • the geometric parameters that can be optimized by the method are in particular, but without limitation, the following: the width and the thickness of the segments 17, the shape of the section 18 and in particular the area of the section S in the central portion 28, the number of different types of zones 18, the shape and distribution of the notches 19, the width and shape of the bar 20, the shape and the radius of curvature of the angles 27 , And so on.
  • the geometrical parameters of the zones 18 formed along the fuse blade 16 are optimized, in particular a slot shape 19 and / or a minimum section S of at least one type.
  • the determination step comprises a substep of calculating the density of the Laplace forces distributed over at least a portion of the fuse link, in particular the zones 18, in particular by means of a modeling digital integrating thermal, electromagnetic and mechanical parameters.
  • this sub-calculation step consists in determining stress concentration regions 27 and 28 resulting from the Laplace forces exerted on the part of the fuse blade 16 and is followed by an optimization sub-step of adapting the geometry of the fuse blade 16 as a function of thermal, electromagnetic and / or mechanical parameters.
  • the calculation and optimization sub-steps are repeated in an iterative loop comprising a predetermined number of sequences.
  • a method of implementation of a fuse 9 manufactured according to the method detailed above is intended to control the integration of the fuse 9 in its environment in order to reduce the effects of electromagnetic disturbances that may hinder its operation.
  • the environment of the fuse 9 may include other electronic devices, the operation of which is likely to disturb the internal electromagnetic field to the envelope 12 of the fuse 9, and therefore change, because of the Laplace forces, the behavior fuse 9 pre-arc R1 or during the pre-arc / arc transition R2, which should be avoided or mitigated.
  • this implementation method comprises an analysis step of determining parameters influencing the distribution of Laplace F21-F25 forces in fuse 9 during operation, during a pre-arc regime R1 and / or pre-arc / arc transition R2, depending on the intrinsic components of the fuse 9 and / or the environment of the fuse 9.
  • the method also comprises a decision step of deciding whether to modify the intrinsic components fuse 9 based influential parameters previously determined. If necessary, the method also comprises a step of modifying the intrinsic components of the fuse 9, in particular by modifying the geometry of the blade 16 and / or by adding means for controlling the electromagnetic environment of this fuse blade.
  • the method comprises an integration step of positioning the fuse 9 in a specific manner according to the influential parameters of the environment of the fuse 9, for example by moving it away from or approaching another electrical apparatus outside the fuse 9. fuse 9.
  • this identification method comprises a test step, including a first test carried out on a first fuse manufactured according to a method different from that of the invention, as well as a second test performed on a second fuse supposedly manufactured according to the process of the invention. Both tests are performed strictly under the same predefined protection conditions.
  • the first fuse and the second fuse have the same parameters: nominal current, nominal voltage, breaking capacity, filling material, Joule integrals in pre-arc R1, in pre-arc / arc transition R2 and in R2 arc regime.
  • the fuse is preferably complete but, alternatively, the test can be performed only on the fuse blade.
  • the identification method also comprises a step of comparing the cutoff of the first fuse determined by the first test and the cutoff of the second fuse determined by the second test.
  • the comparison step may consist of comparing the duration of the pre-arc regime R1 and the transition R2 and / or the duration of the arc regime R3 of each of the fuses. Since the test parameters are equivalent in the first step, the fuse interruptions should be equivalent. If the cutoff of the second fuse is modified with respect to the cutoff of the first fuse, it can then be deduced that the Laplace forces come into play and that the second fuse has been manufactured by the method according to the invention.
  • the comparison step consists of comparing a first time-current curve recorded during the first test and a second time-current curve recorded during the second test.
  • a time-current curve represents the evolution of the intensity of the current in an electric circuit as a function of the time of establishment of the current in this circuit, as on the curves of FIGS. 1 and 2A.
  • the shape of the time-current curves makes it possible to determine whether the cutoff of the second fuse is modified with respect to the breaking of the first fuse. In this case, it can be deduced that the Laplace forces come into play and that the second fuse has been manufactured by the method according to the invention.
  • the comparison step consists in comparing the appearance of the metal vapors on the fuse blade during the first test and during the second test.
  • the comparison can relate to the speed of appearance of the metal vapors on each of the fuse blades, by measuring the moment of the first light emitted by the metal vapors during the cutting of this fuse blade.
  • the comparison may relate to the location of the metal vapors generated during the cutting of each of the fuse blades. If the speed and / or the location are different for the first fuse and the second fuse, it can be deduced the existence of a shear produced by Laplace forces, and that the second fuse has been manufactured by the method according to the invention.
  • the identification method includes a conclusion step of concluding on the influence of the Laplace Forces in the second fuse relative to the first fuse.
  • Figure 6 is shown partially a fuse 10 according to a second embodiment of the invention.
  • the fuse 10 is manufactured according to the same method as the fuse 9, but also comprises a magnet 4 housed in the envelope 12.
  • This magnet 40 is of the permanent magnet or electromagnet type and produces a magnetic field H40 in the envelope 12.
  • this magnet 40 is an electromagnet supplied with current by a wire 49, so that the intensity of the magnetic field H40 can be controlled automatically or manually.
  • This magnetic field H40 is configured to amplify the Laplace forces experienced by the blade 16, which can be concentrated at a particular area 18. Conversely, this magnetic field H40 can also be configured to attenuate the Laplace forces in this zone 18.
  • the magnet 40 constitutes a means of controlling the electromagnetic environment of the fuse blade 16, in particular during the pre-arc regime R1 and / or the transition R2.
  • the Laplace forces are amplified at the zones 18, more precisely regions 27 or 28, the melting of the bar 20 is accelerated.
  • the pre-arc R1 and transition R2 times are reduced and the fuse cut-off is improved.
  • the fuse 10 may comprise several magnets 40 distributed in the envelope 12. Preferably, several magnets 40 are arranged opposite several zones 18 so as to produce cumulative effects in terms of separation of material from the blade 16.
  • the magnets 40 may be integrated in a device comprising insulating members so as to restrict their action to the zones 18.
  • Figure 7 is shown partially a fuse 1 10 according to a third embodiment of the invention.
  • the fuse 1 10 comprises two fuse blades 126 and 136 arranged in parallel in the envelope 1 12. These blades 126 and 136, and in particular the zones 1 18 therein, may be identical to or different from the blade 16 and sections 18 of the first or second embodiment. These blades 126 and 136 are arranged relative to each other so as to generate magnetic fields H126 and H136 which accumulate or compensate each other, in order to accentuate or reduce the intensity of Laplace forces experienced by each of them. of them during pre-arc R1 and / or pre-arc / arc R2 transition. The intensity of the magnetic fields H126 and H136 depends on the intensity of the current flowing through the blades 126 and 136.
  • the blade 136 has on the blade 126 an influence comparable to that of the magnet 40 of the second embodiment, and conversely for the influence of the blade 126 on the blade 136.
  • the blade 136 constitutes a means of control of the electromagnetic environment of the fuse link 126 during a pre-arc R1 and / or a pre-arc / arc R2 transition.
  • FIG 8 is shown a fuse 210 according to a fourth embodiment of the invention.
  • the constituent elements of the fuse 210 are similar to the constituent elements of the fuse 10, described above, and bear the same numerical references increased by 200. This is the envelope 212, the sand 214, the blade 216, the zones 218, magnet 240, wire 249.
  • the fuse 210 includes wires 228 and 229 which exit from the casing 212 at the ends of the blade 216 and make it possible to connect this fuse 210 to other elements of the electric circuit.
  • the presence of the son 228, 229 and 249 is taken into account during the step of determining the geometry of the fuse blade 216. Indeed, the current flowing in these son 228, 229 and 249 is likely, in to some extent, to affect the Laplace forces experienced by this blade 216 and thus to disrupt the operation of the fuse 210.
  • one or more electrical devices 300 are arranged near the fuse 210.
  • a coil 300 disposed a few meters from the fuse 210.
  • each of the devices 300 disposed in the environment of the fuse 210 is likely to disturb its operation.
  • a shield 260 is disposed around the envelope 212 of the fuse 210.
  • This shield 260 makes it possible to reduce the influence exerted by an external magnetic field H300 on the envelope 212 on the magnetic field internal to the envelope.
  • This shield 260 may be dimensioned according to the intensity of the Laplace forces experienced by at least a portion of the fuse blade 216, in particular the zones 218.
  • the shield 260 may have different thicknesses and different shapes, for example parallelepiped or cylindrical.
  • this shielding 260 constitutes a means of controlling the electromagnetic environment of the fuse blade 216 during the pre-arc regime R1 and / or the pre-arc / arc transition R2, in the same way as the magnet 240.
  • the Laplace forces generated by the flow of current in the fuse instead of amplifying them, insofar as these forces can be at the origin of breaks in the fuse. the envelope of the fuse. Indeed, when very large variations in the intensity of the current occur, the Laplace forces are likely to generate constraints important not only on the fuse blade, but also on the envelope. Under these conditions, a compromise is sought between the amplification of Laplace forces to promote the separation of material and the attenuation of these Laplace forces to preserve the envelope of the fuse.
  • suitable means for controlling the internal electromagnetic environment of the fuse makes it possible to reach the best compromise.
  • the fuses according to the invention have improved operation, in particular during the pre-arc regime and the pre-arc / arc transition, where the material separation is controlled by taking into account the Laplace forces.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un fusible, comprenant une étape de détermination de la géométrie d'au moins une lame fusible (16) équipant ce fusible, dans laquelle on considère les paramètres suivants : une intensité nominale de conduction (i16) de la lame fusible (16); une tension nominale de fonctionnement du fusible; une intégrale de Joule correspondant, en régime pré-arc, à au moins une partie (18) de la lame fusible, et une intégrale de Joule correspondant, en régime d'arc, à cette partie (18) de la lame fusible. Le procédé est caractérisé en ce que, dans cette étape de détermination, on considère également des forces de Laplace (F21-F25) subies au moins par cette partie (18) de la lame fusible. L'invention concerne également un fusible, comprenant une enveloppe céramique et au moins une lame fusible (16) disposée dans cette enveloppe, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de contrôle de l'environnement électromagnétique de la lame fusible (16) lors d'un régime pré-arc et/ou d'une transition pré-arc/arc par amplification ou atténuation des forces de Laplace subies par au moins une partie de la lame fusible (16).

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN FUSIBLE, METHODES DE MISE EN ŒUVRE ET
D'IDENTIFICATION, ET FUSIBLE
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un fusible, une méthode de mise en œuvre de ce procédé, une méthode d'identification de ce procédé, ainsi qu'un fusible équipé de moyens de contrôle de l'environnement électromagnétique. Le domaine de l'invention est celui de la fabrication et de la mise en œuvre des fusibles, notamment associés à des condensateurs à décharge de capacité.
De manière connue, un fusible comprend un élément conducteur métallique logé dans une enveloppe céramique remplie de sable. L'élément conducteur, adapté pour fondre lorsque le courant traversant le fusible présente une surintensité, peut comprendre des zones de section réduite favorisant la fusion. Le fusible intégré à un circuit électrique permet ainsi de couper le courant circulant dans ce circuit, avant que le courant n'ait atteint une valeur maximale d'intensité.
Dans le cadre d'applications spécifiques, telles que les décharges de capacité, un courant élevé apparaît sur une faible période de temps. En pratique, ce courant électrique circule dans l'élément conducteur durant un régime dit « pré-arc >>. Puis lorsque l'élément conducteur a au moins partiellement fondu, la conduction est réalisée par l'intermédiaire d'un arc électrique durant un régime d'arc. Enfin, l'arc s'éteint et le courant dans le fusible est coupé.
FR-A-2 494 901 décrit un fusible, comprenant des bandes de ferrite écartées par des barrettes isolantes et entre lesquelles s'étend un élément conducteur fusible. Cet élément est un fil cylindrique de section constante environné par de l'air, et non du sable. En cas de surintensité dans le fusible, le fil conducteur fond et un arc électrique se crée. L'apparition de forces de Laplace durant le régime d'arc permet de souffler l'arc afin de provoquer son extinction. Le régime pré-arc et la transition pré-arc/arc ne sont pas affectés. Ce fusible n'est pas adapté aux applications à haute énergie, où le courant de défaut traversant le fusible est élevé.
Le document "Numerical study of the short pre-arcing time in high breaking capacity fuses via an enthalpy formulation ; Short pre-arcing time in high breaking capacity fuses", paru le 7 août 2007 dans la revue Journal of Physics D. Applied Physics, IOP Publishing, Bristol, GB, concerne l'étude du régime pré-arc dans les fusibles HBC ("High Breaking Capacity" en anglais). Ce document décrit l'utilisation d'outils numériques pour développer de nouvelles géométries de lames fusibles. Des paramètres tels que les lignes d'écoulement du courant et la distribution de température peuvent ainsi être déterminés pour différentes géométries de lames fusibles, dans différents matériaux. La taille et la forme des encoches peuvent également être déterminées avec l'aide de tels calculs. Afin de modéliser le comportement de la lame fusible, ce document précise que la partie électrique peut être modélisée par une équation de Laplace gouvernant un potentiel électrique quasi-statique, où les effets d'induction sont négligés. Cette équation de Laplace fait intervenir des grandeurs physiques telles que l'enthalpie volumétrique, la densité de courant et le champ électrique (partie électrique du modèle), mais en aucun cas les forces de Laplace (partie mécanique du modèle). Par ailleurs, ce document mentionne le calcul d'une intégrale de Joule pour comparer les résultats d'expérimentation et de simulation, mais sans faire de distinction entre le régime pré-arc et le régime d'arc.
US-A-5 793 275 décrit différentes variantes de fusibles, en particulier du type fusibles à limitation d'arc. Ces fusibles peuvent être équipés d'aimants permanents adaptés pour favoriser l'extinction de l'arc. En revanche, l'influence de ces aimants sur la lame fusible durant le régime pré-arc et/ou la transition pré-arc/arc n'est pas décrite. Le document mentionné explicitement que les caractéristiques pré-arc du fusible sont substantiellement les mêmes que pour les fusibles conventionnels. Les enseignements de ce document s'appliquent uniquement au régime d'arc.
US-A-2007 210 414 décrit différentes variantes d'un dispositif pour protection d'un semiconducteur comprenant une lame fusible, ainsi que différentes méthodes visant à augmenter la résistance de cette lame fusible, mais en aucun cas un procédé de fabrication d'un fusible. La structure du dispositif décrit dans ce document est nettement plus complexe que celle d'un fusible. Pour sa part, la lame fusible peut être droite ou former des méandres. Dans une variante particulière, le dispositif comprend une lame fusible formant des méandres, avec des portions courbes et des portions droites parallèles entre elles, mais en aucun cas deux lames fusibles disposées en parallèles dans l'enveloppe d'un fusible. Comme le précédent, les enseignements de ce document s'appliquent uniquement au régime d'arc.
Dans le cadre de la présente invention, afin que le fusible présente un régime d'arc réduit et une coupure efficace, le régime de transition pré-arc/arc doit être maîtrisé. Pour les applications visées, cette transition pré-arc/arc présente une durée de l'ordre de quelques dizaines ou centaines de microsecondes, dans tous les cas inférieure à une milliseconde, pour une intensité de l'ordre de plusieurs dizaines de kiloampères. Plusieurs phénomènes physiques se succèdent durant la transition pré-arc/arc, tels que réchauffement et les changements de phase de l'élément conducteur métallique qui fond. Les procédés de fabrication de fusibles existants prennent en compte uniquement ou essentiellement les aspects thermodynamiques de fonctionnement du fusible, notamment pour choisir le matériau de l'élément conducteur, ainsi que pour dimensionner cet élément et ses sections réduites. En pratique, ces modèles ne permettent pas d'optimiser la coupure du fusible, c'est-à-dire la séparation de matière dans les zones de section réduite, en particulier pour les applications visées.
Le but de la présente invention est de proposer un fusible, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel fusible, améliorés par la prise en compte de phénomènes physiques autres que les aspects thermodynamiques.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un fusible, comprenant une étape de détermination de la géométrie d'au moins une lame fusible équipant ce fusible, dans laquelle on considère les paramètres suivants :
une intensité nominale de conduction de la lame fusible ;
une tension nominale de fonctionnement du fusible ;
- une intégrale de Joule correspondant, en régime pré-arc, à au moins une partie de la lame fusible ; et
- une intégrale de Joule correspondant, en régime d'arc, à cette partie de la lame fusible.
Le procédé est caractérisé en ce que, dans cette étape de détermination, on considère également des forces de Laplace subies au moins par cette partie de la lame fusible.
Ainsi, l'invention permet d'améliorer la géométrie de la lame fusible et de mieux maîtriser la séparation de matière lors de la transition pré-arc/arc. La coupure du fusible est plus efficace, tout en conservant une fiabilité importante. Le procédé de fabrication et les fusibles ainsi obtenus sont bien adaptés aux applications à haute énergie de type décharge de capacité, pour lesquelles une grande quantité d'énergie est volatilisée durant un temps réduit dans l'enveloppe et le sable contenu dans cette enveloppe. L'intégrale de Joule du fusible est réduite, ce qui améliore ses performances pour la protection des composants du circuit électrique et permet de limiter avantageusement le niveau anormalement haut dans le dispositif à protéger (ou dans le circuit).
Selon d'autres caractéristiques avantageuses du procédé selon l'invention, prises isolément ou en combinaison :
- Dans l'étape de détermination, on optimise des paramètres géométriques de zones de section réduite ménagées le long de la lame fusible, notamment une forme d'encoches et/ou une section minimale d'au moins un type. - L'étape de détermination comprend une sous-étape de calcul de la densité des forces de Laplace réparties sur au moins une partie de la lame fusible notamment à l'aide d'une modélisation numérique intégrant des paramètres thermiques, électromagnétiques et mécaniques.
- La sous-étape de calcul consiste à déterminer des zones de concentration de contraintes résultant des forces de Laplace exercées sur la partie de la lame fusible et est suivie par une sous-étape d'optimisation consistant à adapter la géométrie de la lame fusible en fonction de paramètres thermiques, électromagnétiques et/ou mécaniques, les sous-étapes de calcul et d'optimisation étant de préférence répétées suivant une boucle itérative comprenant un nombre prédéterminé de séquences.
L'invention a également pour objet une méthode de mise en œuvre d'un fusible fabriqué selon un tel procédé. Cette méthode comprend :
- une étape d'analyse consistant à déterminer des paramètres influents sur la répartition des forces de Laplace dans le fusible en fonctionnement, lors d'un régime de pré-arc et/ou d'une transition pré-arc/arc, en fonction de composants intrinsèques au fusible et/ou de l'environnement du fusible ;
- une étape de décision consistant à décider de modifier ou de ne pas modifier les composants intrinsèques au fusible en fonction des paramètres influents ;
- le cas échéant, une étape de modification des composants intrinsèques au fusible, notamment par modification de la géométrie de la ou les lames fusibles et/ou par ajout de moyens de contrôle de l'environnement électromagnétique de cette ou ces lames fusibles ; et
- une étape d'intégration consistant à positionner le fusible en fonction des paramètres influents de l'environnement du fusible.
L'invention a également pour objet une méthode d'identification d'un fusible fabriqué selon un tel procédé, pour des conditions de protection prédéfinies. Cette méthode comprend :
- une étape de test, incluant la réalisation d'un premier test sur un premier fusible fabriqué selon un procédé différent du procédé selon l'invention, et la réalisation d'un deuxième test effectué sur un deuxième fusible supposé fabriqué selon le procédé de l'invention, où le premier test et le deuxième test sont réalisés dans les mêmes conditions prédéfinies ; puis
- une étape de comparaison de la coupure du premier fusible déterminée grâce au premier test et de la coupure du deuxième fusible déterminée grâce au deuxième test ; puis - une étape de conclusion consistant à conclure sur l'influence des forces de Laplace dans le deuxième fusible par rapport au premier fusible.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses de la méthode d'identification selon l'invention, prises isolément ou en combinaison :
- L'étape de comparaison consiste à comparer la durée du régime pré-arc et de la transition pré-arc/arc et/ou la durée du régime d'arc mesurées pour le premier fusible lors du premier test et pour le deuxième fusible lors du deuxième test.
- L'étape de comparaison consiste à comparer la forme d'une première courbe temps-courant enregistrée lors du premier test pour le premier fusible et la forme d'une deuxième courbe temps-courant enregistrée lors du deuxième test pour le deuxième fusible.
- L'étape de comparaison consiste à comparer l'apparition de vapeurs métalliques sur la lame fusible du premier fusible lors du premier test et l'apparition de vapeurs métalliques sur la lame fusible du deuxième fusible lors du deuxième test.
- L'étape de comparaison consiste à comparer la vitesse d'apparition de la première lumière émise par les vapeurs métalliques lors de la coupure de la lame fusible du premier fusible et la vitesse d'apparition de la première lumière émise par les vapeurs métalliques lors de la coupure de la lame fusible du deuxième fusible.
- L'étape de comparaison consiste à comparer la localisation des vapeurs métalliques lors de la coupure de la lame fusible du premier fusible et la localisation des vapeurs métalliques lors de la coupure de la lame fusible du deuxième fusible.
L'invention a également pour objet un fusible comprenant une enveloppe céramique et au moins une lame fusible disposée dans cette enveloppe, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de contrôle de l'environnement électromagnétique de la lame fusible lors d'un régime pré-arc et/ou d'une transition pré-arc/arc par amplification ou atténuation des forces de Laplace subies par au moins une partie de la lame fusible.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses du fusible selon l'invention, prises isolément ou en combinaison :
- Les moyens de contrôle incluent au moins un aimant du type aimant permanent ou électro-aimant disposé à l'intérieur de l'enveloppe, chaque aimant étant configuré pour modifier au moins partiellement un champ magnétique interne à l'enveloppe lors du régime pré-arc et/ou de transition pré-arc/arc.
- Les moyens de contrôle incluent au moins un électro-aimant recevant un courant électrique d'intensité prédéterminée fixe ou variable et générant un champ magnétique interne à l'enveloppe, ce champ magnétique amplifiant ou réduisant l'intensité des forces de Laplace subies par au moins une partie de la lame fusible lors du régime pré-arc et/ou de transition pré-arc/arc.
- Les moyens de contrôle incluent un blindage qui est disposé autour de l'enveloppe du fusible et réduit l'influence exercée par un champ magnétique externe à l'enveloppe sur un champ magnétique interne à l'enveloppe, ce blindage étant dimensionné en fonction des forces de Laplace subies par au moins une partie de la lame fusible lors du régime pré-arc et/ou de transition pré-arc/arc.
- Le fusible comprend au moins deux lames fusibles disposées en parallèle dans l'enveloppe, ces lames fusibles étant configurées pour générer des champs magnétiques qui se cumulent ou se compensent de manière à accentuer ou réduire l'intensité des forces de Laplace subies par au moins une partie de chacune des lames fusibles lors du régime pré-arc et/ou de transition pré-arc/arc.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est un graphique illustrant le fonctionnement théorique d'un fusible limiteur de courant ;
- la figure 2 est une superposition de deux graphiques illustrant le fonctionnement pratique du fusible ;
- la figure 3 est une représentation schématique d'un fusible, équipé d'une lame fusible conductrice, ce fusible étant fabriqué à l'aide du procédé conforme à l'invention ;
- la figure 4 est une représentation schématique d'une partie de la lame, montrant la création d'un champ magnétique lorsque le courant circule dans cette partie ;
- la figure 5 est une modélisation d'une partie d'une lame fusible correspondant au détail V de la lame à la figure 3 ;
- la figure 6 est une représentation schématique d'une partie de lame de fusible conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, équipé d'un aimant ; - la figure 7 est une représentation schématique d'une partie de lame de fusible conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention, équipé de deux lames fusibles parallèles ; et
- la figure 8 est une représentation schématique d'un fusible conforme à un quatrième mode de réalisation de l'invention, équipé d'un blindage. Sur le graphe de la figure 1 est représentée l'évolution de l'intensité du courant dans un circuit électrique en fonction du temps d'établissement du courant dans le circuit.
Ce graphe illustre le fonctionnement théorique d'un fusible limiteur de courant intégré au circuit électrique. La coupure du fusible correspond à la fusion d'un élément conducteur équipant le fusible, lorsque ce fusible est parcouru par un courant de défaut présentant une surintensité.
Une première courbe C1 1 représente l'intensité du courant de court-circuit sans fusible dans le circuit, tandis qu'une deuxième courbe C12 représente l'intensité du courant crête dans le circuit équipé du fusible. Pendant une durée t1 a correspondant à un régime pré-arc, une première partie C12a de la courbe C12 suit la courbe C1 1 , tandis que pendant une durée t1 b correspondant à un régime d'arc, une deuxième partie C12b de la courbe C12 décroit jusqu'à une valeur d'intensité nulle. La durée t12 est la somme des durées t1 a et t1 b et correspond à la durée totale de circulation du courant dans le circuit muni du fusible. La courbe C1 1 suit une équation du type i = f(t), comme détaillé ci-après.
Comme montré à la figure 1 , le fusible limiteur de courant produit ses effets à une intensité Im12 correspondant à la durée t1 a, avant que le courant n'ait atteint une valeur maximale Im1 1 correspondant à une durée t1 1 sur la courbe C1 1 . En pratique, la durée t1 a est de l'ordre de la moitié de la durée t1 1 , tandis que l'intensité Im12 est de l'ordre de la moitié de l'intensité Im1 1 , qui est de l'ordre de plusieurs dizaines ou centaines de kiloampères pour les applications visées.
Sous tension continue, l'établissement du courant électrique dans le circuit suit une loi du type :
U de
i(t) 1 - exp— avec x =— (Equation 1 ) τ R
où Udc est la tension nominale, tandis que R et L sont respectivement la résistance et l'inductance du circuit.
Sous tension alternative, la loi d'établissement du courant électrique est plus complexe : i(t) = Uac sin(œt + θ - φ) - sin(6 - φ)■ exp( (Equation 2)
R
où Uac est la tension nominale, tandis que φ est le déphasage entre le courant et la tension, tel que :
p
cos φ = . (Equation 3)
VR2 + L2œ2 et θ est « l'angle d'enclenchement », correspondant à l'instant auquel commence effectivement l'établissement du courant, mesuré depuis le passage à 0 de la tension Uac.
Dans le cas d'un circuit purement résistif, c'est à dire avec une inductance L nulle,
— R
le déphasage φ est nul, exp(— t) s'annule également, cos cp = 1 , et l'équation devient : i(t) = [Sin(œt + Θ)] (Equation 4)
R
Le courant est alors purement sinusoïdal : il est dit « symétrique ».
Un autre cas où le courant est purement sinusoïdal ou symétrique se produit lorsque θ = φ : i(t) = ^ [sin œt] (Equation 5)
R
A l'inverse, dans le cas où le circuit devient inductif, c'est-à-dire lorsque R « Lco , et en choisissant comme instant de début d'établissement du courant θ = 0 , le courant établi n'est pas symétrique. Plus précisément, le courant présente même une asymétrie maximale, correspondant à un déphasage φ tendant vers π / 2, avec typiquement cos φ ≤0,1 .
Sur la figure 2 sont représentés deux graphes illustrant les régimes de fonctionnement successifs d'un fusible limiteur de courant 9, représenté schématiquement à la figure 3 et fabriqué selon le procédé conforme à l'invention.
Comme montré à la figure 3, le fusible 9 comprend une enveloppe 12 remplie de matériau granulaire 14 et pourvue d'une lame fusible conductrice 16 qui s'étend entre des extrémités longitudinales non représentées du fusible 9. De préférence, l'enveloppe 12 est en céramique et présente un profil cylindrique, le matériau 14 est du sable et la lame 16 est fabriquée en alliage métallique, par exemple un alliage d'argent et/ou d'étain.
Cette lame 16 comporte des segments 17 séparés par des zones 18 de section réduite S. Dans sa direction longitudinale, la lame 16 présente une épaisseur constante et une largeur réduite au niveau des zones 18 par rapport à la largeur des segments 17. Les zones 18 équipant la lame 16 sont d'un unique type, avec des encoches 19 ménagées de part et d'autre d'un barreau central 20. Les encoches 19 présentent un profil rectangulaire et sont séparées par le barreau 20 où circule le courant électrique traversant la lame 16.
En variante non représentée, les encoches 19 et les barreaux 20 peuvent présenter une configuration différente. Par exemple, les encoches 19 peuvent présenter un profil circulaire ou ovale. Selon une autre variante non représentée, la lame 16 peut comporter plusieurs types différents de zones 18 de sections réduites. Par exemple, les zones 18 sont de deux ou trois types différents répartis en alternance le long de la lame 16, avec des encoches 19 et des barreaux 20 de formes différentes pour chaque type de zone 18.
La figure 2 montre des graphes 2A et 2B représentant un essai effectué sur le fusible 9, alors que le courant traversant le circuit est en surintensité. L'établissement du courant dans le circuit équipé du fusible 9 correspond à un instant initial « tO >>. De manière classique, on considère que la coupure du fusible 9 correspond à la fusion des zones 18 de section réduite S en fonction de l'intensité du courant de défaut.
Plus précisément, les graphes 2A et 2B montrent un régime pré-arc R1 , une transition pré-arc/arc R2, un régime d'arc R3 et un régime d'extinction d'arc R4 qui se succèdent dans le temps.
En haut de la figure 2, le graphe 2A comporte une courbe C21 montrant l'évolution de l'intensité électrique I du courant dans le circuit en kiloampères (kA), représentée en ordonnées, en fonction du temps t en millisecondes (ms), représenté en abscisses. Cette courbe C21 est comparable à la courbe C12 de la figure 1 , dans la mesure où elle illustre l'effet limiteur de courant du fusible 9. La courbe C21 présente un maximum d'intensité Im21 , qui est comparable au maximum d'intensité Im12 de la courbe C12. En pratique, l'intensité Im21 est de l'ordre de plusieurs kiloampères, par exemple 10 kiloampères, et peut atteindre 200 kiloampères pour les applications visées.
En bas de la figure 2, le graphe 2B comporte une courbe C22 montrant l'évolution de la tension électrique U dans le circuit en kilovolts (kV), représentée en ordonnées, en fonction du temps t en millisecondes (ms), représenté en abscisses. La courbe C22 présente un maximum de tension Um22, qui est par exemple de l'ordre de 2 kilovolts, ainsi que plusieurs points d'inflexion.
Durant le régime pré-arc R1 , le courant électrique circule dans la lame 16 du fusible 9, comme lors du fonctionnement normal du fusible 9. Cette circulation du courant dans la lame 16, à une intensité nominale de conduction, est représentée par une flèche M 6 sur la figure 3. En cas de surintensité, comme montré à la figure 2, la courbe C21 croit suivant l'équation (2) ci-dessus, tandis que la courbe C22 reste sensiblement droite pour une valeur de tension nulle. En effet, à l'échelle de la figure 2, la tension dans le circuit du fusible 9 peut effectivement être considérée comme nulle en régime pré-arc. Ce régime R1 dure entre un instant tO où commence l'établissement du courant dans le circuit et un temps t1 où débute la formation d'un arc électrique dans l'enveloppe 12 du fusible 9. A titre d'exemple, l'instant t1 correspondant au début de la transition pré-arc/arc R2 survient après une durée de l'ordre de 3 ou 4 millisecondes.
Durant le régime d'arc R3, la lame 16 a fondu au moins au niveau des zones 18 et l'arc électrique est effectivement formé dans l'enveloppe 12 du fusible 9. Le matériau granulaire 14 contenu dans l'enveloppe 12 permet alors d'absorber l'énergie dégagée par cet arc électrique. Le régime R3 survient entre, d'une part, un instant t2 où la courbe C22 présente un point d'inflexion correspondant à une valeur de tension Um23 tout en continuant à croître et, d'autre part, un instant t3 où la courbe C21 rejoint la courbe des abscisses pour une valeur d'intensité nulle et où la courbe C22 présente une diminution brutale. Entre les instants t2 et t3, la courbe C22 atteint le maximum de tension Um22. En pratique, la durée de ce régime R3 doit être la plus réduite possible afin d'améliorer la coupure du fusible 9.
Durant le régime d'extinction R4, l'arc s'éteint effectivement entre l'instant t3 où l'intensité est nulle et un instant t4 où la tension est nulle.
Durant la transition R2 entre le régime pré-arc R1 et le régime d'arc R3, la lame 16 commence à fondre tandis que l'arc électrique commence à se former dans l'enveloppe
12. Chacun de ces phénomènes s'amplifie au cours de la transition R2, jusqu'au régime d'arc R3.
Lors de l'essai réalisé avec le fusible 9, correspondant aux graphes 2A et 2B de la figure 2, l'apparition de l'arc électrique durant la transition R2 est déterminée avec certitude par l'apparition de la tension U. La circulation du courant M 6 dans la lame 16 provoque un échauffement qui est plus important dans les zones 18 que sur les segments 17. Par conséquent, la fusion tend à se produire d'abord au centre des barreaux 20, où la section de conduction S est minimale.
La courbe C21 présente un point d'inflexion correspondant au maximum d'intensité Im21 , tandis que la courbe C22 présente une forte croissance, correspondant à l'apparition de la tension dans le circuit, jusqu'à la valeur de tension Um23 pour laquelle cette courbe C22 présente un point d'inflexion tout en continuant à croître. La durée du régime R2, entre les instants t1 et t2, est de l'ordre de quelques dizaines de microsecondes, par exemple 50 microsecondes.
Lorsque la lame 16 du fusible 9 fond en un temps suffisamment court pour que l'énergie apportée par effet Joule soit intégralement utilisée à réchauffement et à la fusion de la section de conduction S, sans que se produise un quelconque échange de chaleur avec l'environnement, même le plus immédiat, alors le régime de fonctionnement du fusible 9 est dit « adiabatique >>. Dans ce cas, l'intégrale de Joule [l2t] correspondant à l'intégrale du carré du courant entre l'instant tO et l'instant t1 du régime R1 est proportionnelle au carré de la section S :
Figure imgf000013_0001
t0 (Equation 6) où K correspond au coefficient de Meyer qui est caractéristique du matériau conducteur, et plus précisément : p (Equation 7) où Cv est le coefficient de chaleur massique du matériau, « p >> est la résistivité du matériau, tandis que c8 est la différence de température entre température ambiante et température de fusion du matériau. Dans ce cas, la résistivité peut être considérée comme étant sensiblement constante, bien qu'elle varie avec la température.
A titre d'exemple, le coefficient de Meyer K de l'argent est égal à :
Figure imgf000013_0002
(Equation 8)
En pratique, plusieurs phénomènes thermodynamiques aux effets cumulatifs se succèdent durant le régime de transition R2 : échauffement de la matière de la lame fusible 16 en phase solide depuis la température ambiante jusqu'au début de fusion, changement de phase de la matière à température constante de la phase solide vers la phase liquide, échauffement de la matière en phase liquide depuis la température de fusion jusqu'à la vaporisation, changement de phase de la matière à température constante de la phase liquide vers la phase gazeuse, échauffement de la matière en phase gazeuse.
Dans ces conditions, le coefficient de Meyer K de la zone 18 de section réduite S, et plus précisément du barreau 20, est la somme de plusieurs coefficients Ki représentatifs de chacun de ces phénomènes :
K = K1 + K2 + K3 + K4 + K5 + ... (Equation 9) Les données thermodynamiques permettant de calculer les différents coefficients
Ki sont connues. En revanche, l'apparition de l'arc électrique ne peut être associée précisément à l'un de ces phénomènes en particulier.
A ce stade, la comparaison entre les modèles théoriques et pratiques montre que des phénomènes autres que thermodynamiques ont une influence sur l'apparition de l'arc et la fusion de la lame 16 au niveau des zones 18 lors de la transition R2. En effet, les résultats observés lors de la séparation de matière par fusion au niveau des zones 18 ne correspondent par aux modèles utilisant les valeurs théoriques des coefficients Ki. En pratique, l'introduction dans le modèle théorique des lois de Maxwell permet de réduire significativement l'écart avec les résultats des essais pratiques. L'application de ces lois de Maxwell, qui ne sont pas rappelées ici dans un but de simplification, se traduit physiquement par l'apparition de forces de Laplace. La réalisation de plusieurs essais pratiques et simulations numériques démontre effectivement que des efforts mécaniques, résultant d'un effet électrodynamique, sont appliqués à la section de conduction S lors de la transition R2.
Comme montré à la figure 4, un champ magnétique H21 est créé au voisinage d'un élément conducteur 21 parcouru par un courant i21 . En fonction de l'échelle considérée, cet élément 21 peut être comparé à la lame 16, au barreau 20, ou à un brin allongé constitutif du barreau 20.
Comme montré à la figure 5, en considérant une unique zone 18, le barreau 20 peut être modélisé par plusieurs brins disposés en parallèle dans la direction longitudinale de la lame 16. Plus précisément, cinq brins 21 , 22, 23, 24 et 25 disposés en parallèle sont représentés à la figure 5, étant entendu qu'en fonction de la précision souhaitée pour le modèle, le barreau 20 peut comprendre un nombre plus important de brins.
En considérant le courant M 6 circulant dans la lame 16, chaque brin 21 à 25 est traversé par un courant i21 à i 25, dont la valeur est telle que :
i21 = i 22 = i23 = i24 = i25 = il 6 / 5 (Equation 10) D'après les enseignements de la figure 4, chaque brin 21 à 25 crée un champ magnétique qui affecte les brins voisins.
En considérant par exemple l'effet du champ magnétique généré par le brin 22 sur le brin 21 , la loi de Laplace en électromagnétique s'écrit : → F = l 2i - k2i A H2 (Equation 1 1 ) où F est la force de Laplace, tandis que λ2ι est un paramètre de perméabilité du milieu.
Plus précisément, le brin 21 est affecté par un champ magnétique Hs21 qui est la somme de l'ensemble des champs magnétiques H22 à H25 générés par les brins 22 à 25, tandis que la force F21 exercée sur le brin 21 est la somme des forces de Laplace créées par ces champs. Autrement dit, chaque brin 21 à 25 est affecté par un champ magnétique Hs21 à Hs25 et une force de Laplace résultante F21 à F25. Etant donné la symétrie du barreau 20, on obtient, en valeur absolue :
Hs21 = Hs25, Hs22 = Hs24, Hs23 = 0 (Equation 12)
F21 = F25, F22 = F24, F23 = 0 (Equation 13) Sur cette base, une simulation numérique permet de comprendre les effets des forces de Laplace sur le barreau 20, en prenant en compte non seulement les brins 21 à 25 modélisés de manière « discrète >> mais également la présence des segments 17 de part et d'autre du barreau 20. De préférence, la simulation permet de prendre en compte les formes particulières du barreau 20 et des encoches 19 de la zone 18. En pratique, cette simulation numérique utilise deux outils de modélisation : un premier outil permettant de réaliser des calculs électrothermiques et un second outil permettant de réaliser des calculs électrodynamiques.
A partir de paramètres géométriques et thermiques renseignés dans le premier logiciel, des valeurs de résistivité électrique sont transmises au second logiciel, qui est configuré pour déterminer des paramètres caractéristiques du courant, tel que la densité du courant, ainsi que des valeurs d'effort correspondant aux forces de Laplace. Une boucle itérative permet d'optimiser les différents paramètres en fonction de leurs variations interdépendantes.
Ainsi, la densité des forces de Laplace en Newtons par mètres cubes (en N/m3) est calculée en chaque point de la zone 18 de section réduite de la figure 5.
En pratique, deux types différents de zones de concentration de contraintes sont identifiés et montrés à la figure 5. Il s'agit, d'une part, des angles 27 situés à l'interface des segments 17, des encoches 19 et du barreau 20 et, d'autre part, des parties centrales 28 de la section 20. Chaque région 27 ou 28 peut être soumise à une densité de forces de Laplace plus ou moins importante en fonction de la géométrie de la zone 18 et des paramètres du courant M 6 dans la lame 16.
A ce stade, il est remarquable qu'en accentuant ou en réduisant la densité des forces de Laplace dans ces régions 27 et 28, la séparation de matière dans la zone 18 de section réduite S peut être accélérée ou ralentie. A l'inverse, en modifiant la géométrie de la lame 16 et en particulier des zones 18, les effets des forces de Laplace sur la fusion de cette lame 16 peuvent être accentués ou réduits. En réduisant le temps de fusion des zones 18 ou en augmentant la vitesse de fusion de ces zones 18, la durée du régime pré- arc R1 et la durée de la transition R2, et par conséquent la durée du régime d'arc R3, sont réduites et la coupure du fusible 9 est améliorée.
Dans ces conditions, le procédé selon l'invention permet de fabriquer un fusible 9 avec une géométrie adaptée par la prise en compte des forces de Laplace subies par au moins une partie de la lame fusible 16, en particulier les zones 18.
A cet effet, le procédé de fabrication du fusible 9 comprend une étape de détermination de la géométrie d'une ou plusieurs lames fusibles 16 équipant ce fusible 9. Dans cette étape, on considère les paramètres suivants : l'intensité nominale de conduction du courant M 6 de la lame fusible 16, la tension nominale U de fonctionnement du fusible 9, l'intégrale de Joule [l2t]-1 correspondant en régime pré-arc R1 à au moins une partie de la lame fusible 16, ainsi qu'une intégrale de Joule [l2t]-2 correspondant en régime d'arc R3 à cette partie de la lame fusible.
En prenant en compte les forces de Laplace, les paramètres géométriques qui peuvent être optimisés par le procédé sont en particulier, mais de manière non limitative, les suivants : la largeur et l'épaisseur des segments 17, la forme de la section 18 et notamment l'aire de la section S dans la partie centrale 28, le nombre de types de zones 18 différents, la forme et la répartition des encoches 19, la largeur et la forme du barreau 20, la forme et le rayon de courbure des angles 27, et ainsi de suite. A minima, on optimise les paramètres géométriques des zones 18 ménagées le long de la lame fusible 16, notamment une forme d'encoche 19 et/ou une section minimale S d'au moins un type.
Comme détaillé plus haut, l'étape de détermination comprend une sous-étape de calcul de la densité des forces de Laplace réparties sur au moins une partie de la lame fusible, en particulier les zones 18, notamment à l'aide d'une modélisation numérique intégrant des paramètres thermiques, électromagnétiques et mécaniques. En outre, cette sous-étape de calcul consiste à déterminer des régions 27 et 28 de concentration de contraintes résultant des forces de Laplace exercées sur la partie considérée de la lame fusible 16 et est suivie par une sous-étape d'optimisation consistant à adapter la géométrie de la lame fusible 16 en fonction de paramètres thermiques, électromagnétiques et/ou mécaniques. De préférence, les sous-étapes de calcul et d'optimisation sont répétées suivant une boucle itérative comprenant un nombre prédéterminé de séquences.
Par ailleurs, on définit une méthode de mise en œuvre d'un fusible 9 fabriqué selon le procédé détaillé ci-dessus. Cette méthode est destinée à maîtriser l'intégration du fusible 9 dans son environnement afin de réduire les effets des perturbations électromagnétiques pouvant gêner son fonctionnement. En effet, l'environnement du fusible 9 peut comprendre d'autres appareils électroniques, dont le fonctionnement est susceptible de perturber le champ électromagnétique interne à l'enveloppe 12 du fusible 9, et donc modifier, du fait des forces de Laplace, le comportement du fusible 9 en régime pré-arc R1 ou durant la transition pré-arc/arc R2, ce qu'il convient d'éviter ou d'atténuer.
En premier lieu, cette méthode de mise en œuvre comprend une étape d'analyse consistant à déterminer des paramètres influents sur la répartition des forces de Laplace F21 -F25 dans le fusible 9 en fonctionnement, lors d'un régime de pré-arc R1 et/ou d'une transition pré-arc/arc R2, en fonction des composants intrinsèques au fusible 9 et/ou de l'environnement du fusible 9. La méthode comprend également une étape de décision consistant à décider de modifier ou non les composants intrinsèques au fusible 9 en fonction des paramètres influents précédemment déterminés. Le cas échéant, la méthode comprend également une étape de modification des composants intrinsèques au fusible 9, notamment par modification de la géométrie de la lame 16 et/ou par ajout de moyens de contrôle de l'environnement électromagnétique de cette lame fusible. Enfin, la méthode comprend une étape d'intégration consistant à positionner le fusible 9 de manière spécifique en fonction des paramètres influents de l'environnement du fusible 9, par exemple en l'éloignant ou en le rapprochant d'un autre appareil électrique extérieur au fusible 9.
Par ailleurs, on définit une méthode d'identification d'un fusible 9 fabriqué selon le procédé détaillé ci-dessus, et donc d'identification de la mise en œuvre ce procédé. Cette méthode permet de corroborer le fait qu'un industriel a fait évoluer son fusible grâce à la présente invention. Autrement dit, cette méthode présente un intérêt certain pour la traçabilité des fusibles améliorés grâce à l'invention.
En premier lieu, cette méthode d'identification comprend une étape de test, incluant un premier test effectué sur un premier fusible fabriqué selon un procédé différent de celui de l'invention, ainsi qu'un deuxième test effectué sur un deuxième fusible supposé fabriqué selon le procédé de l'invention. Les deux tests sont réalisés strictement dans les mêmes conditions de protection prédéfinies. Autrement dit, le premier fusible et le deuxième fusible présentent les mêmes paramètres suivants : intensité nominale, tension nominale, pouvoir de coupure, matière de remplissage, intégrales de Joule en régime pré-arc R1 , en transition pré-arc/arc R2 et en régime d'arc R2. Lors de l'étape de test, le fusible est de préférence complet mais, en alternative, le test peut être effectué uniquement sur la lame fusible.
La méthode d'identification comprend également une étape de comparaison de la coupure du premier fusible déterminée grâce au premier test et de la coupure du deuxième fusible déterminée grâce au deuxième test. En particulier, l'étape de comparaison peut consister à comparer la durée du régime pré-arc R1 et de la transition R2 et/ou la durée du régime d'arc R3 de chacun des fusibles. Comme les paramètres des tests sont équivalents dans la première étape, les coupures des fusibles devraient être équivalentes. Si la coupure du deuxième fusible est modifiée par rapport à la coupure du premier fusible, on peut alors en déduire que les forces de Laplace entrent en jeu et que le deuxième fusible a bien été fabriqué par le procédé selon l'invention. Selon un premier mode de réalisation de la méthode d'identification, l'étape de comparaison consiste à comparer une première courbe temps-courant enregistrée lors du premier test et une deuxième courbe temps-courant enregistrée lors du deuxième test. Une courbe temps-courant représente l'évolution de l'intensité du courant dans un circuit électrique en fonction du temps d'établissement du courant dans ce circuit, comme sur les courbes des figures 1 et 2A. En particulier, la forme des courbes temps-courant permet de déterminer si la coupure du deuxième fusible est modifiée par rapport à la coupure du premier fusible. Dans ce cas, on peut en déduire que les forces de Laplace entrent en jeu et que le deuxième fusible a bien été fabriqué par le procédé selon l'invention.
Selon un deuxième mode de réalisation de la méthode d'identification, l'étape de comparaison consiste à comparer l'apparition des vapeurs métalliques sur la lame fusible lors du premier test et lors du deuxième test. En particulier, la comparaison peut porter sur la vitesse d'apparition des vapeurs métalliques sur chacune des lames fusibles, en mesurant l'instant de la première lumière émise par les vapeurs métalliques lors de la coupure de cette lame fusible. En alternative ou en complément, la comparaison peut porter sur la localisation des vapeurs métalliques générées lors de la coupure de chacun des lames fusibles. Si la vitesse et/ou la localisation sont différentes pour le premier fusible et le deuxième fusible, on peut en déduire l'existence d'un cisaillement produit par les forces de Laplace, et que le deuxième fusible a bien été fabriqué par le procédé selon l'invention.
L'homme du métier comprend que d'autres modes de comparaison peuvent être mis en œuvre sans sortir du cadre de l'invention.
Enfin, la méthode d'identification comprend une étape de conclusion consistant à conclure sur l'influence des Forces de Laplace dans le deuxième fusible par rapport au premier fusible.
Sur la figure 6 est représenté partiellement un fusible 10 conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention.
Certains éléments constitutifs du fusible 10 sont identiques aux éléments constitutifs du fusible 9, décrit plus haut, et portent les mêmes références numériques. Il s'agit de l'enveloppe 12, du sable 14, de la lame 16 parcourue par un courant M 6, ainsi que des zones 18 de section réduite S.
En pratique, le fusible 10 est fabriqué selon le même procédé que le fusible 9, mais comporte en outre un aimant 4 logé dans l'enveloppe 12. Cet aimant 40 est du type aimant permanent ou électro-aimant et produit un champ magnétique H40 dans l'enveloppe 12. De préférence, cet aimant 40 est un électro-aimant alimenté en courant électrique par un fil 49, de sorte que l'intensité du champ magnétique H40 peut être commandée automatiquement ou manuellement. Ce champ magnétique H40 est configuré pour amplifier les forces de Laplace subies par la lame 16, qui peuvent être concentrées au niveau d'une zone 18 particulière. A l'inverse, ce champ magnétique H40 peut également être configuré pour atténuer les forces de Laplace dans cette zone 18.
Ainsi, l'aimant 40 constitue un moyen de contrôle de l'environnement électromagnétique de la lame fusible 16, notamment lors du régime pré-arc R1 et/ou de la transition R2. Lorsque les forces de Laplace sont amplifiées au niveau des zones 18, plus précisément des régions 27 ou 28, la fusion du barreau 20 est accélérée. Par conséquent, les durées du régime pré-arc R1 et de la transition R2 sont réduites et la coupure du fusible est améliorée.
En variante non représentée, le fusible 10 peut comporter plusieurs aimants 40 répartis dans l'enveloppe 12. De préférence, plusieurs aimants 40 sont disposés en face de plusieurs zones 18 de manière à produire des effets cumulatifs en termes de séparation de matière de la lame 16. En outre, dans l'enveloppe 12, les aimants 40 peuvent être intégrés à un dispositif comprenant des organes isolants de manière à restreindre leur action aux zones 18.
Sur la figure 7 est représenté partiellement un fusible 1 10 conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention.
Certains éléments constitutifs du fusible 1 10 sont analogues aux éléments constitutifs du fusible 9, décrit plus haut, et portent les mêmes références numériques augmentées de 100. Il s'agit de l'enveloppe 1 12 et du sable 1 14.
Le fusible 1 10 comprend deux lames fusibles 126 et 136 disposées en parallèle dans l'enveloppe 1 12. Ces lames 126 et 136, et en particulier les zones 1 18 qui y sont ménagées, peuvent être identiques ou différentes de la lame 16 et des sections 18 du premier ou du deuxième mode de réalisation. Ces lames 126 et 136 sont agencées l'une par rapport à l'autre de manière à générer des champs magnétiques H126 et H136 qui se cumulent ou se compensent, afin d'accentuer ou de réduire l'intensité des forces de Laplace subies par chacune d'entre elles lors du régime pré-arc R1 et/ou de transition pré-arc/arc R2. L'intensité des champs magnétiques H126 et H136 dépend de l'intensité du courant qui traverse les lames 126 et 136.
En pratique, la lame 136 a sur la lame 126 une influence comparable à celle de l'aimant 40 du deuxième mode de réalisation, et inversement pour l'influence de la lame 126 sur la lame 136. Autrement dit, la lame 136 constitue un moyen de contrôle de l'environnement électromagnétique de la lame fusible 126 lors d'un régime pré-arc R1 et/ou d'une transition pré-arc/arc R2.
Sur la figure 8 est représenté un fusible 210 conforme à un quatrième mode de réalisation de l'invention.
Certains éléments constitutifs du fusible 210 sont analogues aux éléments constitutifs du fusible 10, décrit plus haut, et portent les mêmes références numériques augmentées de 200. Il s'agit de l'enveloppe 212, du sable 214, de la lame 216, des zones 218, de l'aimant 240, du fil 249.
En outre, le fusible 210 comprend des fils 228 et 229 qui sortent de l'enveloppe 212 aux extrémités de la lame 216 et permettent de relier ce fusible 210 à d'autres éléments du circuit électrique. De préférence, la présence des fils 228, 229 et 249 est prise en compte lors de l'étape de détermination de la géométrie de la lame fusible 216. En effet, le courant circulant dans ces fils 228, 229 et 249 est susceptible, dans une certaine mesure, d'affecter les forces de Laplace subies par cette lame 216 et donc de perturber le fonctionnement du fusible 210.
De plus, un ou plusieurs appareils électriques 300 sont disposés à proximité du fusible 210. A titre d'exemple, on considère une bobine 300 disposée à quelques mètres du fusible 210. Comme expliqué plus haut en lien avec la méthode de mise en oeuvre, chacun des appareils 300 disposé dans l'environnement du fusible 210 est susceptible de perturber son fonctionnement.
En réponse à l'influence de cet ou ces appareils 300, un blindage 260 est disposé autour de l'enveloppe 212 du fusible 210. Ce blindage 260 permet de réduire l'influence exercée par un champ magnétique externe H300 à l'enveloppe 212 sur le champ magnétique interne à l'enveloppe. Ce blindage 260 peut être dimensionné en fonction de l'intensité des forces de Laplace subies par au moins une partie de la lame fusible 216, notamment les zones 218. En particulier, le blindage 260 peut présenter différentes épaisseurs et différentes formes, par exemple parallélépipédique ou cylindrique.
Autrement dit, ce blindage 260 constitue un moyen de contrôle de l'environnement électromagnétique de la lame fusible 216 lors du régime pré-arc R1 et/ou de la transition pré-arc/arc R2, au même titre que l'aimant 240.
Par ailleurs, on remarque que dans certains cas, il est préférable d'atténuer les forces de Laplace générées par la circulation du courant dans le fusible au lieu de les amplifier, dans la mesure où ces forces peuvent être à l'origine de ruptures de l'enveloppe du fusible. En effet, lorsque des variations très importantes de l'intensité du courant se produisent, les forces de Laplace sont susceptibles de générer des contraintes importantes non seulement sur la lame fusible, mais également sur l'enveloppe. Dans ces conditions, un compromis est recherché entre l'amplification des forces de Laplace pour favoriser la séparation de matière et l'atténuation de ces forces de Laplace pour préserver l'enveloppe du fusible. L'utilisation de moyens adaptés de contrôle de l'environnement électromagnétique interne au fusible permet d'atteindre le meilleur compromis.
Ainsi, les fusibles conformes à l'invention présentent un fonctionnement amélioré, en particulier durant le régime pré-arc et la transition pré-arc/arc, où la séparation de matière est maîtrisée par la prise en compte des forces de Laplace.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Procédé de fabrication d'un fusible (9 ; 10 ; 1 10 ; 210), comprenant une étape de détermination de la géométrie (S, 17, 18, 19, 20, 27, 28 ; 1 18 ; 218) d'au moins une lame fusible (16 ; 126, 136 ; 216) équipant ce fusible, dans laquelle on considère les paramètres suivants :
- une intensité nominale de conduction (M 6) de la lame fusible (16 ; 126, 136 ;
216) ;
une tension nominale (U) de fonctionnement du fusible (9 ; 10 ; 1 10 ; 210) ;
- une intégrale de Joule correspondant, en régime pré-arc (R1 ), à au moins une partie (18 ; 1 18 ; 218) de la lame fusible ; et
- une intégrale de Joule correspondant, en régime d'arc (R3), à cette partie (18 ;
1 18 ; 218) de la lame fusible ;
caractérisé en ce que, dans cette étape de détermination, on considère également des forces de Laplace (F21 -F25) subies au moins par cette partie (18 ; 1 18 ; 218) de la lame fusible.
2. - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que dans l'étape de détermination, on optimise des paramètres géométriques de zones (18 ; 1 18 ; 218) de section réduite (S) ménagées le long de la lame fusible (16 ; 126, 136 ; 216), notamment une forme d'encoches (19) et/ou une section minimale (S) d'au moins un type.
3. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de détermination comprend une sous-étape de calcul de la densité des forces de Laplace (F21 -F25) réparties sur au moins une partie (18 ; 1 18 ; 218) de la lame fusible (16 ; 126, 136 ; 216), notamment à l'aide d'une modélisation numérique intégrant des paramètres thermiques, électromagnétiques et mécaniques.
4. - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la sous- étape de calcul consiste à déterminer des zones (27, 28) de concentration de contraintes résultant des forces de Laplace (F21 -F25) exercées sur la partie (18 ; 1 18 ; 218) de la lame fusible (16 ; 126, 136 ; 216) et est suivie par une sous-étape d'optimisation consistant à adapter la géométrie (S, 17, 18, 19, 20, 27, 28) de la lame fusible (16 ; 126, 136 ; 216) en fonction de paramètres thermiques, électromagnétiques et/ou mécaniques, les sous-étapes de calcul et d'optimisation étant de préférence répétées suivant une boucle itérative comprenant un nombre prédéterminé de séquences.
5. - Méthode de mise en œuvre d'un fusible (9 ; 10 ; 1 10 ; 210) fabriqué selon le procédé de l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- une étape d'analyse consistant à déterminer des paramètres influents sur la répartition des forces de Laplace (F21 -F25) dans le fusible en fonctionnement, lors d'un régime de pré-arc (R1 ) et/ou d'une transition pré-arc/arc (R2), en fonction de composants intrinsèques (12, 14, 16, 18 ; 12, 14, 16, 18, 40, 49 ; 1 12, 1 14, 1 18, 126, 136 ; 212, 214, 216, 218, 228, 229, 240, 249) au fusible et/ou de l'environnement (300) du fusible ;
- une étape de décision consistant à décider de modifier ou de ne pas modifier les composants intrinsèques au fusible en fonction des paramètres influents ;
- le cas échéant, une étape de modification des composants intrinsèques au fusible, notamment par modification de la géométrie de la ou les lames fusibles (16 ; 126,
136 ; 216) et/ou par ajout de moyens (40 ; 240, 260) de contrôle de l'environnement électromagnétique de cette ou ces lames fusibles (16 ; 126, 136 ; 216) ; et
- une étape d'intégration consistant à positionner le fusible (9 ; 10 ; 1 10 ; 210) en fonction des paramètres influents de l'environnement du fusible.
6. - Méthode d'identification d'un fusible (9 ; 10 ; 1 10 ; 210) fabriqué selon le procédé de l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- une étape de test, incluant :
- la réalisation d'un premier test sur un premier fusible fabriqué selon un procédé différent du procédé des revendications 1 à 4, et
- la réalisation d'un deuxième test effectué sur un deuxième fusible supposé fabriqué selon le procédé de l'une des revendications 1 à 4, où le premier test et le deuxième test sont réalisés dans les mêmes conditions prédéfinies ; puis
- une étape de comparaison de la coupure du premier fusible déterminée grâce au premier test et de la coupure du deuxième fusible déterminée grâce au deuxième test ; puis
- une étape de conclusion consistant à conclure sur l'influence des forces de Laplace dans le deuxième fusible par rapport au premier fusible.
7. - Méthode d'identification selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'étape de comparaison consiste à comparer la durée du régime pré-arc (R1 ) et de la transition pré-arc/arc (R2) et/ou la durée du régime d'arc (R3) mesurées pour le premier fusible lors du premier test et pour le deuxième fusible lors du deuxième test.
8. - Méthode d'identification selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que l'étape de comparaison consiste à comparer la forme d'une première courbe temps-courant enregistrée lors du premier test pour le premier fusible et la forme d'une deuxième courbe temps-courant enregistrée lors du deuxième test pour le deuxième fusible.
9. - Méthode d'identification selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'étape de comparaison consiste à comparer l'apparition de vapeurs métalliques sur la lame fusible du premier fusible lors du premier test et l'apparition de vapeurs métalliques sur la lame fusible du deuxième fusible lors du deuxième test.
10. - Méthode d'identification selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'étape de comparaison consiste à comparer la vitesse d'apparition de la première lumière émise par les vapeurs métalliques lors de la coupure de la lame fusible du premier fusible et la vitesse d'apparition de la première lumière émise par les vapeurs métalliques lors de la coupure de la lame fusible du deuxième fusible.
1 1 . - Méthode d'identification selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'étape de comparaison consiste à comparer la localisation des vapeurs métalliques lors de la coupure de la lame fusible du premier fusible et la localisation des vapeurs métalliques lors de la coupure de la lame fusible du deuxième fusible.
12. - Fusible (10 ; 1 10 ; 210), comprenant une enveloppe céramique (12 ; 1 12 ; 212) et au moins une lame fusible (16 ; 126 ; 216) disposée dans cette enveloppe, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens (40 ; 136 ; 240, 260) de contrôle de l'environnement électromagnétique de la lame fusible (16 ; 126 ; 216) lors d'un régime pré-arc (R1 ) et/ou d'une transition pré-arc/arc (R2) par amplification ou atténuation des forces de Laplace subies par au moins une partie (18 ; 1 18 ; 218) de la lame fusible (16 ; 126 ; 216).
13. - Fusible (10 ; 210) selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de contrôle incluent au moins un aimant (40 ; 240) du type aimant permanent ou électroaimant disposé à l'intérieur de l'enveloppe (12 ; 212), chaque aimant étant configuré pour modifier au moins partiellement un champ magnétique (H40) interne à l'enveloppe lors du régime pré-arc (R1 ) et/ou de transition pré-arc/arc (R2).
14. - Fusible (10 ; 210) selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de contrôle incluent au moins un électro-aimant (40 ; 240) recevant un courant électrique d'intensité prédéterminée fixe ou variable et générant un champ magnétique (H40) interne à l'enveloppe, ce champ magnétique amplifiant ou réduisant l'intensité des forces de Laplace (F21 -F25) subies par au moins une partie (18 ; 218) de la lame fusible (16 ; 216) lors du régime pré-arc (R1 ) et/ou de transition pré-arc/arc (R2).
15.- Fusible (210) selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que les moyens de contrôle incluent un blindage (260) qui est disposé autour de l'enveloppe (212) du fusible (210) et réduit l'influence exercée par un champ magnétique externe (H300) à l'enveloppe (212) sur un champ magnétique interne à l'enveloppe, ce blindage (260) étant dimensionné en fonction des forces de Laplace (F21 -F25) subies par au moins une partie (218) de la lame fusible (216) lors du régime pré-arc (R1 ) et/ou de transition pré-arc/arc (R2).
16.- Fusible (1 10) selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux lames fusibles (126, 136) disposées en parallèle dans l'enveloppe (1 12), ces lames fusibles étant configurées pour générer des champs magnétiques (H126, H136) qui se cumulent ou se compensent de manière à accentuer ou réduire l'intensité des forces de Laplace (F21 -F25) subies par au moins une partie (1 18) de chacune des lames fusibles (126, 136) lors du régime pré-arc (R1 ) et/ou de transition pré-arc/arc (R2).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013213949A1 (de) 2013-07-16 2015-02-19 Robert Bosch Gmbh Sicherung mit Trennelement

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2494901A1 (fr) 1980-11-25 1982-05-28 Vincent De Araujo Manuel Dispositif de protection a fil fusible
FR2625604A1 (fr) * 1988-01-04 1989-07-07 Vincent De Araujo Manuel Dispositif de protection a fusible
US5793275A (en) 1995-10-23 1998-08-11 Iversen; Arthur H. Exothermically assisted arc limiting fuses
US20040021546A1 (en) * 2002-08-05 2004-02-05 Daito Communication Apparatus Co., Ltd. Fuse
US20070210414A1 (en) 2006-03-07 2007-09-13 Takeshi Iwamoto Semiconductor device and a method of increasing a resistance value of an electric fuse
US20080191832A1 (en) * 2007-02-14 2008-08-14 Besdon Technology Corporation Chip-type fuse and method of manufacturing the same
EP2136381A1 (fr) * 2008-06-16 2009-12-23 Converteam Technology Ltd Ensemble à fusible
US20110163840A1 (en) * 2008-10-28 2011-07-07 Nanjing Sart Science & Technology Development Co., Ltd. High reliability blade fuse and the manufacturing method thereof

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2494901A1 (fr) 1980-11-25 1982-05-28 Vincent De Araujo Manuel Dispositif de protection a fil fusible
FR2625604A1 (fr) * 1988-01-04 1989-07-07 Vincent De Araujo Manuel Dispositif de protection a fusible
US5793275A (en) 1995-10-23 1998-08-11 Iversen; Arthur H. Exothermically assisted arc limiting fuses
US20040021546A1 (en) * 2002-08-05 2004-02-05 Daito Communication Apparatus Co., Ltd. Fuse
US20070210414A1 (en) 2006-03-07 2007-09-13 Takeshi Iwamoto Semiconductor device and a method of increasing a resistance value of an electric fuse
US20080191832A1 (en) * 2007-02-14 2008-08-14 Besdon Technology Corporation Chip-type fuse and method of manufacturing the same
EP2136381A1 (fr) * 2008-06-16 2009-12-23 Converteam Technology Ltd Ensemble à fusible
US20110163840A1 (en) * 2008-10-28 2011-07-07 Nanjing Sart Science & Technology Development Co., Ltd. High reliability blade fuse and the manufacturing method thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Journal of Physics D. Applied Physics", 7 August 2007, IOP PUBLISHING, article "Numerical study of the short pre-arcing time in high breaking capacity fuses via an enthalpy formulation ; Short pre-arcing time in high breaking capacity fuses"
DAVID ROCHETTE ET AL: "Numerical study of the short pre-arcing time in high breaking capacity fuses via an enthalpy formulation; Short pre-arcing time in high breaking capacity fuses", JOURNAL OF PHYSICS D. APPLIED PHYSICS, IOP PUBLISHING, BRISTOL, GB, vol. 40, no. 15, 7 August 2007 (2007-08-07), pages 4544 - 4551, XP020111737, ISSN: 0022-3727, DOI: 10.1088/0022-3727/40/14/032 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013213949A1 (de) 2013-07-16 2015-02-19 Robert Bosch Gmbh Sicherung mit Trennelement
US10141151B2 (en) 2013-07-16 2018-11-27 Robert Bosch Gmbh Fuse with separating element

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