CH665727A5 - Assemblage electrique guipe d'un filament. - Google Patents

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CH665727A5 CH5322/85A CH532285A CH665727A5 CH 665727 A5 CH665727 A5 CH 665727A5 CH 5322/85 A CH5322/85 A CH 5322/85A CH 532285 A CH532285 A CH 532285A CH 665727 A5 CH665727 A5 CH 665727A5
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Description

DESCRIPTION
La présente invention concerne de façon générale les assemblages électriques et leur fabrication. Plus spécifiquement, elle concerne les assemblages électriques qui comprennent un couplage serré au moyen d'un enroulement d'un filament non conducteur. En un aspect plus particulier, l'invention se rapporte à un dispositif antisurcharge comprenant des blocs varistore à oxyde métallique (blocs MOV) qui sont entourés, sous une charge axiale, par le bobinage d'un filament. De préférence, les blocs ainsi enveloppés d'un bobinage sont ensuite au moins en partie enclos dans un boîtier polymérique le mettant à l'abri de l'environnement, bien que d'autres enveloppes étanches à l'environnement, comme les enveloppes en porcelaine ou les réservoirs de transformateur, soient envisagées.
Un dispositif de protection contre les surcharges, dénommé également arrêteur, est communément connecté aux bornes des parties relativement coûteuses d'un équipement électrique pour shunter les surcharges de surcourant. De telles surcharges peuvent se présenter par exemple lors de grèves surprises. Lorsque cela arrive, l'arrêteur de surcharge dérive la surcharge vers la masse, protégeant ainsi la partie d'équipement électrique et le circuit d'un endommagement ou d'une destruction. Les dispositifs d'arrêt de surcharge communément utilisés jusqu'ici comprennent un boîtier allongé cylindrique creux fait de porcelaine ou d'un matériau similaire et une pluralité de blocs résistifs non linéaires à l'intérieur du boîtier. Certaines de ces structures comprennent également des interstices d'arc, les blocs et les interstices étant électriquement interconnectés pour traiter les conditions de surcharge de tension et de courant qui peuvent se présenter sur une ligne d'alimentation. Les blocs contiennent usuellement du carbure de silicium (SIC) ou des Varistors à oxyde métal-liusque (MOV), et ils se présentent usuellement sous forme de cylindres relativement courts empilés à l'intérieur du boîtier. Le nombre de blocs employés est fonction du matériau (SIC ou MOV) et des domaines de tension et de courant de l'assemblage.
Pour qu'un arrêteur de surcharge fonctionne convenablement, un contact étroit doit être maintenu entre les blocs MOV ou SIC. Cela nécessite le placement d'une charge axiale sur les blocs, à l'intérieur du boîtier. Les arrêteurs de l'art antérieur utilisaient des ressorts de contact encombrants à l'intérieur du boîtier pour fournir cette charge axiale. Typiquement, ces ressorts ne peuvent fournir que des charges relativement petites, par exemple de l'ordre de soixante livres (environ 27 kg). Il en résulte que les arrêteurs de surcharge selon l'art antérieur donnent lieu à quelques problèmes, tels qu'un mauvais transfert de chaleur entre les blocs MOV ou SIC et les connexions de l'arrêteur, une distribution non uniforme du courant et une résistance de contact élevée à l'endroit des joints. De plus, les unités n'ayant qu'une faible force de contact crépitent et le métal ionisé qui est produit peut provoquer des éclatements axiaux à courants élevés.
Un problème supplémentaire qui se présente avec les arrêteurs de surcharge selon l'art antérieur consiste en ce que, dans de rares occasions, ceux-ci ont des ratés qui sont dangereux. Lorsqu'un arrêteur manque sa fonction et que des courants élevés erronés interviennent, l'unité peut éclater et faire gicler des particules qui provoquent des dommages à la propriété.
Les exemples d'arrêteurs de surcharges selon l'art antérieur sont décrits dans les exposés de brevets USA suivants: 2 587587 (Bellezza et al.); 3 412273 (Kennon et al.); 3524107 (Reitz); 3 566183 (Olsen); 3706009 (Reitz); 3973172(Yost); 3987343 (Cunningham et al.); 4092694 (Stetson); 4100588 (Kresge); 4218721 (Stetson); 4404614 (Koch et al.); 4467 387 (Bergh et al.) de même que dans la publication défensive US T102103, de même que dans l'exposé britannique 730710.
En conséquence, la présente invention a notamment pour objet de fournir des assemblages électriques, tels que des arrêteurs de surcharge, ayant une haute charge axiale, menant à une distribution uniforme du courant, des résistances de contact faibles aux endroits des joints et un excellent transfert de chaleur aux connexions de l'arrêteur. L'invention vise également à fournir un assemblage électrique, tel qu'un arrêteur de surcharge, ayant un boîtier à l'abri des cassures ou dommages mécaniques, présentant une haute sécurité à l'égard des heurts et qui ne risque pas de manquer sa fonction d'une façon dangereuse. Le but de l'invention est encore notamment de fournir un assemblage à blocs MOV ayant des résistances grandement améliorées à la traction et à la flexion; le but étant encore aussi de rendre l'arrêteur adaptable aux différentes dimensions possibles des parties associées ce qui doit réduire également la nécessité de tenir des tolérances serrées.
Conformément à l'invention, ce but est atteint par la présence des caractères énoncés dans la revendication 1 annexée.
Les revendications dépendantes annexées définissent des aspects particuliers spécialement avantageux de l'objet de l'invention.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention; dans ce dessin:
la fig. 1 est une vue latérale en élévation, en coupe longitudinale, montrant un arrêteur de surcharge construit conformément au principe de la présente invention,
la fig. 2 est une vue latérale en élévation, en coupe, d'un sous-assemblage guipé de filament sous une forme modifiée, comprenant une pluralité de blocs MOV, des rondelles-ressorts et des entretoises qui sont guipées de filament en plusieurs couches, en correspondance, avec les principes de la présente invention,
la fig. 3 est une vue en élévation d'un boîtier polymérique de protection à l'égard de l'environnement prétraité, qui est destiné à recevoir les blocs MOV entourés de filament, et la fig. 4 est une vue en coupe transversale à échelle agrandie d'un enroulement de filament comprenant une pluralité de brins et pouvant être utilisé en conformité avec l'invention.
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Comme cela est montré aux fig. 1,2 et 3, l'objet de l'invention peut prendre la forme d'un arrêteur de surcharge 10 comprenant un noyau bobiné de filament, fait de blocs MOV 11 et 12, une première et une seconde pièce d'extrémité 16 et 18, des filaments d'enroulement 14 et un boîtier polymérique 20 d'abri de l'environnement. Les blocs 11 et 12 sont séparés par une rondelle-ressort 13 et des rondelles 5 et 6 de charge mécanique et de distribution de courant.
Comme on le voit à la fig. 2, un sous-ensemble 15, bobiné de filament, modifié, peut comprendre trois blocs MOV 22, 24 et 26, des entretoises conductrices 28, 30, 32 et 34, des rondelles-ressorts 36 et 38, des enroulements de filament 14 et une première et une seconde pièce d'extrémité 16 et 18, ayant une première et une seconde encoche circonférentielles 17 et 19. Les enroulements 14 fournissent une pluralité de couches sur les blocs MOV.
La fig. 3 représente le boîtier 20 en polymère prétraité à l'épreuve de l'environnement, lequel est configuré pour recevoir le sous-ensemble enrobé du filament 15 de la fig. 2, de même que celui qui est montré à la fig. 1.
Les blocs MOV fournissent une caractéristique électrique prédéterminée non linéaire entre leurs extrémités, d'une façon bien connue. Les blocs eux-mêmes ont usuellement la forme de cylindres relativement courts et ils peuvent être empilés en une colonne à l'intérieur du boîtier soit en étant en contact intime l'un avec l'autre,
soit en étant séparés par une ou plusieurs rondelles-ressorts 36 et 38 et/ou entretoises 28, 30, 32, comme illustré à la fig. 2. La construction préférée, qui est montrée à la fig. 1, comprend le placement d'une rondelle-ressort 13 et de rondelles de charge et de distribution de courant 5 et 6 entre les deux blocs MOV 11 et 12, ces blocs étant adjacents, respectivement, aux deux pièces terminales 16 et 18, en contact serré avec celles-ci. Cela fournit une excellente voie thermique vers l'environnement et améliore les caractéristiques de fonctionnement lorsque la stabilité thermique en est un facteur.
Les enroulements de filament 14 peuvent être faits de toute fibre continue adéquate, telle que le nylon, la rayonne, le verre et le poly-éthylène. D'autres fibres, telles que les fibres céramiques, peuvent également être utilisées. La préférence est donnée toutefois à un enroulement de filament de verre.
Les enroulements de filament 14 peuvent être sous la forme d'une fibre unique, ou alors chaque spire peut être faite de plusieurs brins plus petits 15, comme le montre la fig. 4.
L'enroulement de filament peut, en option, porter un matériau résineux. La résine peut être soit naturelle, soit synthétique, elle peut être à l'état partiellement traité ou non traité (partially cured or uncured). Bien que les résines époxy aient la préférence, toute autre résine convenable peut aussi être utilisée.
Le boîtier polymérique 20, à l'épreuve de l'environnement, peut être de toute forme et dimension apte à réaliser les effets désirés de fournir une enveloppe sûre à l'égard des brisures, ayant une haute résistance aux chocs et une bonne résistance aux nuisances de l'environnement. Le boîtier à l'épreuve de l'environnement (weathershed housing) peut comprendre un polymère rigide ou élastomère, et il peut être soit synthétique, soit naturel, soit encore une combinaison des deux. Des exemples de tels polymères sont les caoutchoucs naturels et synthétiques, les élastomères thermoplastiques synthétiques, tels que le nylon, le chlorure de polyvinyle, le polyéthylène (linéaire) et les élastomères thermoformables tels que le polyéthylène (croisé) et les polyesters. Pour le boîtier à l'abri des nuisances de l'environnement du type élastomère, la préférence va à la gomme éthylène-propylène (EPM).
Les pièces d'extrémité (ou pièces de connexion) 16 et 18 peuvent être faites de tout matériau conducteur, de préférence un métal à haute conductivité, et ces pièces comprennent de préférence des encoches annnulaires circonférentielles pour favoriser le procédé du bobinage du filament.
A la fig. 1, les encoches circonférentielles, ou retraits, 17 et 19 sont représentées comme ayant des parois latérales verticales 21,23, 25 et 27, c'est-à-dire des parois latérales dont les surfaces sont perpendiculaires à l'axe central longitudinal des composants alignés, ces parois formant ainsi des épaulements qui s'étendent radialement. Ces parois sont reliées par une paroi incurvée de fond 29, 31. En pratique, ces encoches peuvent être de toute configuration qui pourra servir dans le but de retenir les spires de bobinage, et elles seront le plus souvent des épaulements s'étendant d'une façon substantiellement radiale.
Les rondelles-ressorts et les entretoises elles-mêmes sont de type classique et n'ont pas besoin d'être décrites en détail.
Bien que la discussion ait été centrée sur l'utilisation de blocs MOV, il doit être bien compris que l'invention représentée à titre d'exemple aux fig. 1 et 2 englobe également l'emploi d'autres composants électriques, tels que des résistances, des condensateurs et des isolateurs, à la place ou en plus des blocs MOV. De tels arrangements seront utiles pour d'autres types d'assemblages électriques.
Il y a également lieu de noter que, bien que le dessin illustre le cas de composants ayant une configuration cylindrique circulaire droite, la notion de «cylindre», telle que définie dans le cas de la présente invention, doit être admise de façon large comme étant une surface tracée par une ligne droite se mouvant parallèlement à une ligne droite fixe et intersectant une courbe fixe. Une courbe est l'intersection de deux surfaces géométriques. On note également que, dans le cadre de la présente invention, le terme «axial» se réfère à l'axe central longitudinal de la structure. Ainsi, bien que des blocs cylindriques aient la préférence, des blocs ayant une section droite polygonale peuvent également être utilisés.
La méthode pour fabriquer l'arrêteur de surcharge selon cette invention comprend une première étape d'alignement d'une pluralité de blocs MOV, avec ou sans interposition d'entretoises et/ou de ron-delles-ressorts, sous l'effet d'une charge axiale. L'invention envisage l'utilisation de toute valeur de charge axiale depuis approximativement vingt livres par pouce carré (approximativement 1,4 kg/cm2) de section droite jusqu'à une valeur située juste au-dessous de la limite de sollicitation d'écrasement des blocs utilisés. Le domaine préféré se situe entre approximativement cinquante livres par pouce carré et cinq cents livres par pouce carré (environ 3,6 à 36 kg/cm2) de section droite de bloc.
Toute façon connue pour soumettre les blocs MOV alignés à une charge axiale sera acceptable pour autant qu'elle permette le processus de bobinage (ou guipage). Une méthode acceptable consiste à aligner les blocs sur un appareil du type d'un tour apte à fournir une charge axiale.
Une fois que la pluralité de blocs MOV, avec ou sans entretoises ou rondelles-ressorts, sont alignés et soumis à une charge axiale, l'agencement est prêt pour le bobinage du filament. Toute méthode convenable pour bobiner le filament sur les composants alignés est acceptable pour autant qu'elle permette le maintien de la charge axiale spécifiée sur les composants alignés. La méthode préférée pour le bobinage sur les composants alignés comprend un guipage ou bobinage hélicoïdal à superposition, avec un angle d'hélice relativement petit, ces opérations se présentant comme suit:
Tout d'abord, une spire de filament est fixée sur un épaulement d'une pièce terminale. Puis les composants subissent une rotation d'approximativement 180° tandis que le filament est tiré axialement le long de la surface des composants assemblés. Lorsque l'autre pièce d'extrémité est atteinte, le filament est bobiné sur l'autre épaulement pour approximativement une seconde fois 180°. La machine à bobiner renvoie alors le filament vers la pièce d'extrémité de départ, tandis que les composants effectuent une nouvelle fois une rotation de 180°. Ensuite, le filament effectue un demi-tour dans l'encoche de la pièce d'extrémité et ce cycle est répété d'aussi nombreuses fois que désiré. Le degré de rotation et la traversée axiale sont légèrement hors de synchronisme de façon que les cycles subséquents fassent avancer le bobinage autour de la surface des composants. Des cycles multiples vont finalement couvrir toute la surface avec le filament. Un sous-assemblage partiellement couvert, utilisant cette configuration de bobinage, est représenté à la fig. 1. Des couches additionnelles d'enroulement peuvent être ajoutées pour obtenir davantage de solidité, comme cela est montré à la fig. 2.
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En pratique, si l'angle de rotation et la traversée axiale sont approximativement sept degrés hors de synchronisme, vingt-cinq cycles vont approximativement couvrir toute la surface et cent cycles fourniront quatre couches de bobinage, fournissant une fermeté additionnelle.
Il y a lieu de comprendre que ce procédé ne requiert pas forcément des rotations axiales de 180°. Au contraire, toute rotation axiale est envisageable, pourvu que le guipage ou bobinage qui en résulte maintienne les composants soumis à la charge axiale. En d'autres termes, lorsque la pièce d'extrémité est atteinte, le filament peut être bobiné autour de l'épaulement sur plus ou sur moins de 180°. De même, le filament peut être tiré axialement le long des composants alignés avec un mouvement rotatif plus petit ou plus grand entre les composants et le filament.
Egalement, si un épaulement encoché est utilisé, aucune rotation relative n'a besoin d'intervenir dans ces conditions, cela permettant d'établir une couche purement axiale de filament sans glissage sur l'épaulement.
Comme précédemment mentionné, l'enroulement de filament peut porter un composé résineux. Ce composé résineux peut être appliqué au bobinage de filament par un grand nombre de moyens tels que le prérevêtement du filament dans un bain résineux, ou l'application d'un composant résineux au filament après que les composants ont été entourés d'un bobinage. De plus, le composé résineux peut être soit à l'état semi-traité, soit à l'état non traité. Si le composé résineux est à l'état non traité, un traitement interviendra ultérieurement, de préférence durant l'application du boîtier polymérique à l'épreuve des nuisances de l'environnement.
Une fois que les composants ont été entourés, c'est-à-dire guipés, le boîtier à l'épreuve de l'environnement peut être appliqué. Comme précédemment mentionné, ce boîtier comprend de préférence un composé polymérique. Cette mise en boîtier peut être effectuée selon de nombreuses voies, par exemple par insertion du sous-assemblage entouré d'un filament dans un polymère élastomérique à l'épreuve de l'environnement prétraité. Si le bobinage de filament porte un composé résineux non traité, les enroulements peuvent être liés par adhésion dans la protection prétraitée, à l'intérieur d'un four, afin de fabriquer un arrêteur terminé. D'autres méthodes telles que le moulage, le giclage ou le trempage, peuvent être utilisées pour s établir une protection polymérique à l'égard de l'environnement autour des composants portant le bobinage de filament. Virtuellement, toute méthode qui atteint le résultat désiré est acceptable.
Lorsqu'une protection élastomérique à l'égard de l'environnement, prétraitée, est utilisée, le boîtier présente intérieurement des io parois droites, comme le montre la fig. 3. Cela facilite l'assemblage. En pratique, le diamètre de l'extrémité extérieure des pièces de connexion est établi égal'au diamètre du subassemblage portant le bobinage. Le diamètre de l'épaulement est plus petit du fait de l'épaisseur du verre autour de l'épaulement. Après que le corps du sous-assem-i5 blage a été entouré d'un bobinage, toute creusure subsistante est remplie avec du verre imbibé de résine bobiné circonférentiellement aux deux extrémités. Le sous-assemblage terminé devrait, dans la mesure du possible, se rapprocher d'un cylindre lisse, comme le montre la fig. 2.
20 A nouveau, bien que l'invention ait été illustrée en liaison avec un arrêteur de surcharge, le procédé pour établir le bobinage de filament peut être appliqué à tout autre assemblage électrique convenable comprenant des éléments tels que résistances, condensateurs et isolateurs, au lieu des parties de MOV, ou à côté des parties de MOV. 25 Si d'autres composants sont ajoutés ou substitués dans l'assemblage, un assemblage électrique de forme similaire devrait en résulter. Le rapport de la longueur au rayon peut être différent de ceux normalement associés aux arrêteurs de charge; toutefois, le concept de prévoir un assemblage électrique bobiné, ou guipé de filament, 30 subsisterait aussi. Bien que des formes d'exécution variées aient été choisies pour illustrer l'invention, il doit être bien entendu des gens de métier que différents changements et modifications peuvent être faits dans le cadre de la conception proposée sans se départir de l'envergure de l'invention, telle que définie dans les revendications an-35 nexées.
R
1 feuille dessins

Claims (10)

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1. Assemblage électrique comprenant en combinaison une pluralité de composants électriques alignés en une colonne et des moyens bobinés autour desdits composants pour appliquer une force de compression sur cette pluralité de composants, lesdits moyens comprenant un bobinage de filament non conducteur.
2. Assemblage électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits composants électriques comprennent des blocs MOV.
2
REVENDICATIONS
3. Assemblage électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en plus un boîtier de protection à l'égard de l'environnement, ce boîtier entourant au moins partiellement lesdits composants bobinés de filament.
4. Assemblage électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit boîtier de protection à l'égard de l'environnement est formé d'un matériau polymérique.
5. Assemblage électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bobinage de filament porte un composé résineux.
6. Assemblage électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits composants électriques comprennent au moins une résistance.
7. Assemblage électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits composants électriques comprennent au moins un condensateur.
8. Assemblage électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits composants électriques comprennent au moins un isolateur.
9. Assemblage électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits composants électriques définissent une paire d'épaule-ments espacés aux extrémités opposées de la colonne formée par ces éléments, lesquels épaulements reçoivent des portions dudit enroulement de filament.
10. Assemblage électrique selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens pour coupler de façon serrée comprennent des moyens pour mettre lesdits composants sous une charge axiale.
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