EP1743346B1 - Dispositif de protection contre les surtensions pourvu de moyens de coupure d'arc - Google Patents

Dispositif de protection contre les surtensions pourvu de moyens de coupure d'arc Download PDF

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EP1743346B1
EP1743346B1 EP04742539A EP04742539A EP1743346B1 EP 1743346 B1 EP1743346 B1 EP 1743346B1 EP 04742539 A EP04742539 A EP 04742539A EP 04742539 A EP04742539 A EP 04742539A EP 1743346 B1 EP1743346 B1 EP 1743346B1
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EP
European Patent Office
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arc
disconnector
arc interrupter
disconnection
connection
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Expired - Lifetime
Application number
EP04742539A
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German (de)
English (en)
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EP1743346A1 (fr
Inventor
Michel Georges Jean Donati
Alain René Robert LAGNOUX
Vincent André Lucien CREVENAT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB France SAS
Original Assignee
ABB France SAS
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Publication date
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Publication of EP1743346A1 publication Critical patent/EP1743346A1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors; Arresters
    • H01C7/126—Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/32—Insulating body insertable between contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of protective devices for installations and electrical equipment against transient electrical surges.
  • Protection devices for electrical installations are commonly used to protect electrical or electronic devices against overvoltages that can be generated for example by discharges due to lightning.
  • These devices generally comprise an active part formed by one or more protection components, such as for example a varistor or a spark gap.
  • protection components such as for example a varistor or a spark gap.
  • Varistors are commonly used components to protect electrical installations or equipment against transient overvoltages. When the varistors are exposed to voltages above a predetermined threshold value, they are likely to discharge high currents and absorb and dissipate the energy associated with the overvoltage while discharging the lightning current to the ground.
  • thermal disconnection means are intended to isolate the varistor of the electrical installation to be protected in case of overheating of the protective component in order to limit the risk of fire.
  • the thermal disconnection means can thus be formed by a disconnection blade, welded to one of the electrodes of the varistor, and subjected to mechanical stress tending to separate it from the corresponding electrode.
  • the disconnection blade deviates from the electrode, thereby isolating the varistor from the installation to be protected.
  • an overvoltage protection device comprising a varistor and a disconnecting device which includes a rivet held by a solder to a varistor electrode.
  • the rivet is resiliently biased by a spring such that when the solder melts, the rivet is moved away from the electrode. This results in the disconnection of the varistor.
  • the rivet is guided in an insulating part inside which is confined the space appearing between the rivet and the electrode.
  • This phenomenon has the effect of significantly limiting the resistance of the protective device to overvoltages of high amplitude.
  • the size of the complementary cut-off device must preferably be adapted to the capacity of the varistor, which generates technical constraints and increases the costs of implementing the overall protection equipment.
  • the complementary cut-off device generally ensures the simultaneous and indiscriminate isolation of all the protective components of the device, while it is desirable instead to isolate only the varistors with excessive heating and to maintain the others. protection components in use.
  • the objects assigned to the invention therefore aim to remedy the various drawbacks enumerated above and to propose a new device for protecting electrical installations against overvoltages whose resistance to overvoltages is improved.
  • Another object of the invention is to propose a new device for protecting electrical installations against overvoltages which makes it possible to guarantee the individual disconnection of each protection component of the device.
  • Another object of the invention is to propose a new device for protecting electrical installations against overvoltages which is of simple and reliable design.
  • Another object of the invention is to provide a new device for protecting electrical installations against overvoltages requiring only a limited number of mechanical parts in motion to obtain the connection and disconnection functions.
  • Another object of the invention is to propose a new device for protecting electrical installations against overvoltages which makes it possible to indicate in a reliable and instantaneous manner that a protection component of the device is disconnected.
  • the overvoltage protection device according to the invention is intended to be connected bypass on the equipment or electrical installation to be protected.
  • electrical installation refers to all types of devices or networks susceptible to voltage disturbances, including transient overvoltages due to lightning.
  • the overvoltage protection device according to the invention is advantageously intended to be disposed between a phase of the installation to be protected and the earth.
  • the device instead of being connected bypass between a phase and the earth, is connected between the neutral and the earth, between the phase and the neutral or between two phases (case of differential protection).
  • the protection device comprises at least one protection component 10 forming the active part of the surge arrester, intended to protect the electrical installation.
  • each protection component 10 of the device is formed by a varistor, it being understood that the use of a varistor is only indicated by way of example and in no way constitutes a limitation of the invention.
  • the protection device comprises at least one varistor 10, in particular one or more varistors 10, each varistor 10 being provided with connection means 20 to the electrical installation.
  • the varistor 10 is preferably mounted within a housing 60 likely to be in the form of a cartridge adapted to be electrically connected to a fixed base (not shown) using a first and a second connection pads 22, 23.
  • one of the poles of the varistor 10 is connected directly to the first connection pad 22, the other pole of the varistor 10 being connected to the connection means 20, which are preferably formed by an electrode 21, for example in the form of a metal blade.
  • the electrode 21 projects, for example at 90 °, from one of the substantially flat faces 10A of the varistor 10.
  • the device also comprises a disconnection means 30 associated with the varistor 10, and adapted to disconnect the latter from the electrical installation.
  • the disconnecting means 30 is specifically adapted to ensure the disconnection of the varistor at the connection means 20, and is for this purpose capable of moving from a closed position, illustrated for example on the figure 3a , to an open position illustrated on the figure 3b , thus creating an interstitial space 11 between the disconnection means 30 and the connection means 20.
  • the disconnection means 30 is formed by a disconnection blade 31 which, in the closed position, is stress-welded on the connection means 20, precisely on the electrode 21, preferably with the aid of FIG. a hot melt weld (not shown).
  • a hot melt weld (not shown).
  • One of the ends 31A of the disconnection blade 31 then comes into electrical contact with the electrode 21 via the solder, the other end 31B being in permanent electrical contact with the second connection pad 23.
  • the disconnection blade 31 is then elastically constrained between its closed position, in which it comes into contact with the electrode 21 through the thermal weld and its open position in which the disconnection blade 31 is no longer in contact with the corresponding electrode 21.
  • the device comprises arc cutting means 40 intended to prevent the formation of arcing between the disconnection means 30 and the connection means 20 when the disconnection means 30 is in the open position.
  • arc cutting means 40 intended to prevent the formation of arcing between the disconnection means 30 and the connection means 20 when the disconnection means 30 is in the open position.
  • the arc cutting means 40 are formed by an insulating shutter 41 at least a portion of which is able to move within the interstitial space 11.
  • the insulating shutter 41 thus comprises a central portion 42 intended to be interposed between the disconnection means 30 and the connection means 20, and the lateral portions 43, shaped so as to prevent the bypassing of the arc cutting means 40 by the 'electric arc.
  • the lateral portions 43 are shaped so as to generate an increase in the distance to be traveled by the electric arc to electrically connect the electrode 21 and the disconnection blade 31.
  • Such a device therefore makes it possible to increase the isolation distance between the disconnection means 30 and the corresponding connection means 20, thus improving the resistance of the protection device to overvoltages.
  • the insulating shutter 41 was only provided with a central portion 42, it could occur bypassing this central portion 42 by the electric arc, which would limit the effect of the insulating flap 41.
  • the arc cutting means 40 and the disconnection means 30 are mounted relatively such that when opening the disconnection means 30, the latter releases the arc cutting means 40, thus allowing the displacement of these.
  • the disconnecting means 30 is in the closed position, the insulating flap 41 advantageously abuts against the disconnection means 30 at a contact zone 30A ( figure 3a ).
  • the disconnection blade 31 is advantageously mounted in stress in such a way that during its opening, it deviates sufficiently from the electrode 21 to no longer constitute an obstacle against the displacement of the insulating flap 41.
  • the force responsible for moving the insulating flap 41 may be of any kind, but will preferably be an elastic restoring force.
  • the arc cutting means 40 advantageously comprise a resilient means 70, of the spring type, mounted so as to exert an elastic return force on the insulating flap 41, said restoring force being exerted in a direction substantially parallel to the axis of compression of the elastic means 70.
  • the arc cutting means 40 and the disconnecting means 30 are relatively arranged such that when the disconnecting means 30 is in its closed position ( figure 3a ) the arc cutting means 40 are elastically constrained, for example by means of the elastic means 70, and abut against the disconnection means 30 at the bearing zone 30A.
  • the device comprises means 50 for indicating the state of the varistor 10, said indication means 50 being actuated by the arc cutting means 40.
  • the opening of the disconnection means 30 the release and the displacement of the arc cutting means 40 will trigger a change of state of the indication means 50 which will then take a configuration of a nature to inform third parties that a varistor is disconnected.
  • the indication means 50 can obviously be visual indication means, or auditory. According to a preferred variant illustrated on the Figures 3a and 3b , the indication means 50 are formed by a display member 51, preferably mounted on the means of arc cutting 40 and capable of moving with them facing a window 61 formed in the housing 60 of the device.
  • the display member 51 may be formed by a colored panel, welded, glued on or integral with the insulating flap 41.
  • the maximum stroke of the insulating flap 41 is preferably pre-determined so that the display member 51 is positioned substantially opposite the window 61 when the insulating shutter 41 reaches its end position.
  • the display member 51 may be colored red, so that the visual appearance through the window 61 has, when the varistor 10 is connected, a red color informing third parties of the need to replace the protection component, namely the varistor 10.
  • the indication means 50 may also be formed by remote signaling means.
  • the device will be designed such that the displacement of the insulating shutter 41 has the effect of actuating a mechanism capable of triggering a remote signaling system of the state of the varistor.
  • the arc cutting means 40 are preferably formed by a substantially flat plate, forming the insulating flap 41, and whose side portions 43 extend, from the central portion 42, over a sufficient distance from each other and from other of the disconnecting means 30 and / or means 20 to prevent bypassing the arc cutting means 40 by the electric arc.
  • the side portions 43 extend on either side of the central portion 42 so as to prevent the bypass of the latter by the electric arc.
  • the structure and the shape of the insulating shutter 41 thus make it possible to increase the distance that the electric arc must travel to electrically connect the disconnection blade 31 to the electrode 21, which amounts to increasing the isolation distance between the means disconnection device 30 and the connection means 20.
  • the isolation distance is defined as the distance that the electric arc must travel in the insulating medium, for example air, to electrically connect the connection means 20, in particular the electrode 21 by means of disconnection 30.
  • the insulating flap 41 may be dimensioned so as to multiply the isolation distance between the disconnection means 30 and the connection means by at least two, preferably three, 20.
  • dashed lines are shown on the figure 1 the shortest path T1 that the electric arc could take in the absence of the insulating flap 41.
  • the length of the path T3 thus corresponds to the isolation distance between the disconnection means 30 and the connection means 20, which is significantly increased due to the presence of the lateral parts 43.
  • the arc cutting means 40 advantageously form an envelope, shaped so as to at least partially surround the disconnection means 30 and / or the connection means 20 when the means disconnection 30 is in the open position.
  • the casing may comprise a substantially flat central portion intended to be interposed between the disconnection blade 31 and the electrode 21, and side portions substantially curved so as to at least partially encase either the electrode 21, ie the disconnection blade 31 so as to increase the isolation distance between them.
  • the arc cutting means 40 may comprise a sleeve 44, forming the envelope and intended to surround, at least partially either the disconnection blade 31, or the corresponding electrode 21.
  • the sleeve 44 has a U-shaped cross-section, as illustrated in FIGS. figures 2 , 3a and 3b .
  • the sleeve 44 is delimited laterally by three walls 44A, 44C and 44D and longitudinally by a bottom 44B. All of these walls thus delimit an inner housing 45 opening out at an opening 46 allowing the sleeve 44 to come into contact with the connecting blade 21, thereby coating the latter ( figure 3b ).
  • the arc cutting means 40 are rotatably mounted.
  • the sleeve 44 is then advantageously secured to an articulated arm 49, preferably formed by a plate.
  • the sleeve 44 is integral with the arm 49, forming with the latter one and the same functional part.
  • the sleeve 44 advantageously projects from the plate formed by the arm 49.
  • the walls 44A and 44C of the sleeve 44 extend substantially perpendicularly with respect to the arm 49, thus forming the inner housing 45 which opens on the side of the face 10A of the varistor 10.
  • the arm 49 is advantageously rotatably mounted about an axis 100, so that it can pivot about this axis under the action of the restoring force exerted by the elastic means 70.
  • the arm 49 then drives simultaneously the insulating shutter 41 in a rotational movement.
  • the resilient means 70 preferably extends between a first fixed end 71, for example secured to the housing 60, and a second end 72, fixed on or bearing against the arm 49 and able to move with the latter 49. within the housing 60.
  • the arm 49 advantageously moves in a direction substantially parallel to the face 10A of the varistor 10 and until the bottom 44B of the sleeve 44 abuts against the electrode 21, the latter then being isolated within of the inner housing 45 of the sleeve 44.
  • This abutment is then a means for determining certain way the terminal position of the insulating flap 41, which allows to adjust the relative positioning of the window 61 and the display member 51.
  • stop means including stoppers (not shown) fixed for example on one of the faces of the housing 60 and arranged so as to interrupt the movement of the arm 49.
  • the sleeve 44 has an extension 47, substantially perpendicular to the face 44C of said sleeve.
  • the extension 47 advantageously forms one of the side walls 43 of the insulating flap 41 and is interposed between the disconnection blade 31 on the one hand, and one of the faces 10A of the varistor 10 on the other hand, so as to prevent the circumvention by an electric arc of the central portion 42 of the insulating flap 41 formed by one of the faces 44C of the sleeve 44.
  • the opposite faces 44A, 44C of the sleeve 44 may advantageously be curved, so as to adapt to the rotational movement of the insulating flap 41. This allows in particular to adjust more precisely the dimensions of the inner housing. 45 to the dimensions of the electrode 21.
  • the arc cutting means 40 are movably mounted in translation.
  • an elastic spring-like means (not shown) tends to resiliently bias the insulating flap 41 towards a position illustrated on FIG. figure 4b in which the sleeve 44 at least partially envelops the electrode 21.
  • the displacement of the sleeve 44 takes place in a substantially straight direction D parallel to the extension plane of the face 10A of the varistor 10.
  • the sleeve 44 is advantageously provided with an inner housing 45 in which the electrode 21 is housed.
  • the device preferably comprises guide means (not shown) for guiding the isolating flap 41 in translation between its initial position, in which it is constrained between the spring on the one hand and the blade of disconnection 31 on the other hand, and an end position in which it is released from the disconnection blade 31 and isolates the latter from the electrode 21.
  • the blade of disconnection 31 differs, by spring effect, from the electrode 21 thus creating an interstitial space between the electrode 21 of a part and the disconnection blade 31 on the other hand.
  • the disconnection blade 31 thus releases the insulating shutter 41 which, under the action of the restoring force exerted by the elastic means 70 on the arm 49, pivots about the axis 100 and is positioned, at least partially, in the interstitial space 11 between the electrode 21 and the disconnection blade 31.
  • the central portion 42 of the insulating flap 41 formed by one of the faces 44C of the sleeve 44, is interposed between the disconnection blade 31 and the electrode 21.
  • the other faces 44A, 44D of the sleeve 44 then envelop the electrode 21, thus increasing the isolation distance between the latter and the disconnection blade 31.
  • the arc cutting means 40 and in particular the insulating shutter 41 could, without departing from the scope of the invention, be formed by a sleeve mounted to move in translation or rotation and designed to isolate not the electrode 21, but the end 31A of the disconnection blade 31 intended to be welded to the electrode 21.
  • the protection device according to the invention thus makes it possible, thanks to a particularly simple and reliable mounting, to ensure a rapid and systematic disconnection of the protection component in case of heating of the latter.
  • protection device makes it possible to avoid having recourse to an independent and complementary breaking device, of the fuse or circuit breaker type. In applications where the use of a complementary cut-off device is essential, it is possible to increase the caliber of the latter in complete safety.
  • Another advantage of the protection device according to the invention is that its resistance to overvoltages is improved.
  • the invention finds its industrial application in electrical devices for protection against transient overvoltages.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention se rapporte au domaine technique général des dispositifs de protection d'installations et d'équipements électriques contre des surtensions électriques transitoires.
  • La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions comportant :
    • au moins un composant de protection, pourvu de moyens de raccordement à l'installation électrique,
    • un moyen de déconnexion du composant de protection par rapport à l'installation électrique, adapté pour assurer la déconnexion de ce dernier au niveau des moyens de raccordement, et susceptible de se déplacer à partir d'une position de fermeture vers une position d'ouverture en créant ainsi un espace interstitiel entre le moyen de déconnexion et les moyens de raccordement.
    TECHNIQUE ANTERIEURE
  • Les dispositifs de protection d'installations électriques sont couramment utilisés pour protéger des appareils électriques ou électroniques contre des surtensions pouvant être par exemple générées par des décharges dues à la foudre.
  • Ces dispositifs comportent de manière générale une partie active formée par un ou plusieurs composants de protection, tels que par exemple une varistance ou un éclateur.
  • Les varistances sont des composants couramment utilisés pour protéger des installations ou des équipements électriques contre des surtensions transitoires. Lorsque les varistances sont exposées à des tensions supérieures à une valeur seuil prédéterminée, elles sont susceptibles d'écouler des courants élevés et d'absorber et dissiper l'énergie associée à la surtension tout en écoulant le courant de foudre à la terre.
  • Lorsqu'une surtension se produit au sein de l'installation, la varistance subit un choc de courant qui provoque un échauffement thermique du composant. C'est la raison pour laquelle les dispositifs de protection utilisant des varistances sont généralement pourvus de moyens de déconnexion thermique. Ces moyens de déconnexion thermique sont destinés à isoler la varistance de l'installation électrique à protéger en cas d'échauffement excessif du composant de protection afin de limiter les risques d'incendie.
  • Les moyens de déconnexion thermique peuvent ainsi être formés par une lame de déconnexion, soudée à l'une des électrodes de la varistance, et soumise à une contrainte mécanique tendant à l'écarter de l'électrode correspondante. Ainsi, lorsqu'une surtension excessive ou une utilisation prolongée provoque la rupture ou la fusion de la soudure, la lame de déconnexion s'écarte de l'électrode, isolant ainsi la varistance de l'installation à protéger.
  • Par ailleurs, il est connu de WO 95/12893 un dispositif de protection contre les surtensions comprenant une varistance et un dispositif de déconnexion lequel comporte un rivet maintenu par une soudure à une électrode de la varistance. Le rivet est contraint élastiquement par un ressort de telle sorte que, lorsque la soudure fond, le rivet est écarté de l'électrode. Il en résulte ainsi la déconnexion de la varistance. Par ailleurs, lorsqu'il s'écarte de l'électrode, le rivet est guidé dans une pièce isolante à l'intérieur de laquelle est confiné l'espace apparaissant entre le rivet et l'électrode.
  • Bien qu'ils soient couramment utilisés, de tels dispositifs souffrent néanmoins de plusieurs inconvénients non négligeables. Ainsi, après fusion ou rupture de la soudure, la distance d'isolement créée entre la lame de déconnexion et l'électrode de la varistance est généralement assez faible.
  • Dès lors, si une surtension de forte amplitude vient à se produire, il peut arriver que l'ouverture mécanique des moyens de déconnexion ne soit pas suffisante pour isoler complètement la varistance de l'installation électrique, un arc électrique étant alors susceptible de se former entre la lame de déconnexion et l'électrode correspondante de la varistance.
  • Ce phénomène a pour effet de limiter de manière significative la tenue du dispositif de protection aux surtensions de fortes amplitudes.
  • Pour parer à cet inconvénient, il est connu d'utiliser un organe de coupure complémentaire, du type disjoncteur ou fusible, qui assure l'interruption définitive du courant circulant dans le dispositif de protection.
  • Les dispositifs équipés de cet organe de coupure supplémentaire, s'ils présentent l'avantage d'être particulièrement sûrs et efficaces, souffrent cependant de plusieurs inconvénients.
  • Tout d'abord, le calibre de l'organe de coupure complémentaire doit de préférence être adapté à la capacité de la varistance, ce qui génère des contraintes techniques et une augmentation des coûts de mise en oeuvre de l'équipement global de protection.
  • En outre, l'organe de coupure complémentaire assure généralement l'isolation simultanée et sans distinction de tous les composants de protection du dispositif, alors qu'il est souhaitable au contraire d'isoler uniquement les varistances présentant un échauffement excessif et de maintenir les autres composants de protection en service.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • Les objets assignés à l'invention visent en conséquence à porter remède aux divers inconvénients énumérés précédemment et à proposer un nouveau dispositif de protection d'installations électriques contre des surtensions dont la tenue aux surtensions est améliorée.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'installations électriques contre des surtensions qui permette de garantir la déconnexion individuelle de chaque composant de protection du dispositif.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'installations électriques contre des surtensions qui soit de conception simple et fiable.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'installations électriques contre des surtensions ne nécessitant qu'un nombre limité de pièces mécaniques en mouvement pour obtenir les fonctions de connexion et de déconnexion.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'installations électriques contre des surtensions qui permette d'indiquer de manière fiable et instantanée qu'un composant de protection du dispositif est déconnecté.
  • Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions comportant :
    • au moins un composant de protection, pourvu de moyens de raccordement à l'installation électrique,
    • un moyen de déconnexion du composant de protection par rapport à l'installation électrique, adapté pour assurer la déconnexion de ce dernier au niveau des moyens de raccordement, et susceptible de se déplacer à partir d'une position de fermeture vers une position d'ouverture en créant ainsi un espace interstitiel entre le moyen de déconnexion et les moyens de raccordement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de coupure d'arc, destinés à empêcher la formation d'arcs électriques entre le moyen de déconnexion et les moyens de raccordement lorsque le moyen de déconnexion est en position d'ouverture, lesdits moyens de coupure d'arc étant formés par un volet isolant, apte à se déplacer au moins partiellement au sein de l'espace interstitiel et comportant une partie centrale, destinée à être interposée entre le moyen de déconnexion et les moyens de raccordement, et des parties latérales, conformées de manière à empêcher le contournement des moyens de coupure d'arc par l'arc électrique.
    DESCRIPTIF SOMMAIRE DES DESSINS
  • D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront et ressortiront plus en détails à la lecture de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés à titre purement illustratif et non limitatif, dans lesquels :
    • La figure 1 illustre, selon une vue schématique, une première variante d'un dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention pourvu de moyens de coupure d'arc.
    • La figure 2 illustre, selon une vue générale en perspective, une variante préférentielle de réalisation des moyens de coupure d'arc du dispositif de protection conforme à l'invention.
    • Les figures 3a et 3b illustrent, selon une vue schématique, le positionnement des moyens de coupure lorsque la varistance est en service (figure 3a) ou lorsque la varistance est déconnectée (figure 3b).
    • Les figures 4a et 4b illustrent, selon une vue schématique, une autre variante de réalisation des moyens de coupure d'arc du dispositif et leur positionnement lorsque la varistance est en service (figure 4a) ou déconnectée (figure 4b).
    MEILLEURE MANIERE DE REALISER L'INVENTION
  • Le dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention est destiné à être branché en dérivation sur l'équipement ou l'installation électrique à protéger. L'expression « installation électrique » fait référence à tous types d'appareils ou réseaux susceptibles de subir des perturbations de tension, notamment des surtensions transitoires dues à la foudre.
  • Le dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention est avantageusement destiné à être disposé entre une phase de l'installation à protéger et la terre.
  • Il est par ailleurs envisageable, sans pour autant sortir du cadre de l'invention, que le dispositif, au lieu d'être branché en dérivation entre une phase et la terre, soit branché entre le neutre et la terre, entre la phase et le neutre ou entre deux phases (cas d'une protection différentielle).
  • Le dispositif de protection conforme à l'invention comporte au moins un composant de protection 10 formant la partie active du parafoudre, destiné à protéger l'installation électrique.
  • Dans la suite de la description, on considère que chaque composant de protection 10 du dispositif est formé par une varistance, étant entendu que l'utilisation d'une varistance n'est indiquée qu'à titre d'exemple et ne constitue en aucune manière une limitation de l'invention.
  • Le dispositif de protection conforme à l'invention comporte au moins une varistance 10, notamment une ou plusieurs varistances 10, chaque varistance 10 étant pourvue de moyens de raccordement 20 à l'installation électrique. La varistance 10 est de préférence montée au sein d'un boîtier 60 susceptible de se présenter sous la forme d'une cartouche adaptée pour être connectée électriquement à une embase fixe (non représentée) à l'aide d'un premier et d'un deuxième plots de connexion 22, 23. Ainsi, l'un des pôles de la varistance 10 est connecté directement au premier plot de connexion 22, l'autre pôle de la varistance 10 étant relié aux moyens de raccordement 20, lesquels sont de préférence formés par une électrode 21 se présentant par exemple sous la forme d'une lame métallique.
  • De façon préférentielle, et tel que cela est représenté sur la figure 1, l'électrode 21 fait saillie, par exemple à 90°, à partir de l'une des faces 10A sensiblement plane de la varistance 10.
  • Selon l'invention, le dispositif comprend également un moyen de déconnexion 30 associé à la varistance 10, et adapté pour déconnecter cette dernière de l'installation électrique.
  • Le moyen de déconnexion 30 est spécifiquement adapté pour assurer la déconnexion de la varistance au niveau des moyens de raccordement 20, et est à cet effet susceptible de se déplacer à partir d'une position de fermeture, illustrée par exemple sur la figure 3a, vers une position d'ouverture illustrée sur la figure 3b, en créant ainsi un espace interstitiel 11 entre le moyen de déconnexion 30 et les moyens de raccordement 20.
  • De façon préférentielle, le moyen de déconnexion 30 est formé par une lame de déconnexion 31 qui, en position de fermeture, est soudée en contrainte sur les moyens de raccordement 20, précisément sur l'électrode 21, de préférence à l'aide d'une soudure thermofusible (non représentée). L'une des extrémités 31A de la lame de déconnexion 31 vient alors en contact électrique avec l'électrode 21 par l'intermédiaire de la soudure, l'autre extrémité 31 B étant en contact électrique permanent avec le deuxième plot de connexion 23.
  • La lame de déconnexion 31 est alors contrainte élastiquement entre sa position de fermeture, dans laquelle elle vient en contact avec l'électrode 21 par le biais de la soudure thermique et sa position d'ouverture dans laquelle la lame de déconnexion 31 n'est plus en contact avec l'électrode 21 correspondante.
  • Ainsi, lors du passage de sa position de fermeture à sa position d'ouverture, la lame de déconnexion 31, notamment l'extrémité 31A de cette dernière, s'écarte, par effet ressort, de l'électrode 21.
  • Selon une caractéristique particulièrement intéressante de l'invention, le dispositif comporte des moyens de coupure d'arc 40, destinés à empêcher la formation d'arcs électriques entre le moyen de déconnexion 30 et les moyens de raccordement 20 lorsque le moyen de déconnexion 30 est en position d'ouverture. Ainsi, lors de l'ouverture du moyen de déconnexion 30, la distance d'écartement entre ce dernier et les moyens de raccordement 20 peut ne pas être suffisante, de telle sorte que des arcs électriques sont susceptibles de se former entre la lame de déconnexion 31 et l'électrode 21 correspondante. Ce phénomène a alors pour effet de limiter la tenue aux surtensions du dispositif de protection.
  • Selon l'invention, les moyens de coupure d'arc 40 sont formés par un volet isolant 41 dont une partie au moins est apte à se déplacer au sein de l'espace interstitiel 11.
  • Le volet isolant 41 comporte ainsi une partie centrale 42 destinée à être interposée entre le moyen de déconnexion 30 et les moyens de raccordement 20, et des parties latérales 43, conformées de manière à empêcher le contournement des moyens de coupure d'arc 40 par l'arc électrique.
  • En particulier, les parties latérales 43 sont conformées de manière à générer une augmentation de la distance à parcourir par l'arc électrique pour relier électriquement l'électrode 21 et la lame de déconnexion 31.
  • Un tel dispositif permet donc d'augmenter la distance d'isolement entre le moyen de déconnexion 30 et les moyens de raccordement 20 correspondants, améliorant ainsi la tenue du dispositif de protection aux surtensions.
  • Si le volet isolant 41 était uniquement pourvu d'une partie centrale 42, il pourrait se produire un contournement de cette partie centrale 42 par l'arc électrique, ce qui limiterait l'effet du volet isolant 41.
  • Avantageusement, les moyens de coupure d'arc 40 et le moyen de déconnexion 30 sont montés relativement de telle manière que lors de l'ouverture du moyen de déconnexion 30, ce dernier libère les moyens de coupure d'arc 40, autorisant ainsi le déplacement de ces derniers. Lorsque le moyen de déconnexion 30 est en position de fermeture, le volet isolant 41 vient avantageusement en appui contre le moyen de déconnexion 30 au niveau d'une zone de contact 30A (figure 3a). La lame de déconnexion 31 est avantageusement montée en contrainte de telle manière que lors de son ouverture, elle s'écarte suffisamment de l'électrode 21 pour ne plus constituer un obstacle à l'encontre du déplacement du volet isolant 41.
  • La force responsable du déplacement du volet isolant 41 peut être de toute nature, mais sera de préférence une force de rappel élastique. A cet effet, les moyens de coupure d'arc 40 comportent avantageusement un moyen élastique 70, du genre ressort, monté de manière à exercer une force de rappel élastique sur le volet isolant 41, ladite force de rappel s'exerçant suivant une direction sensiblement parallèle à l'axe de compression du moyen élastique 70.
  • De façon particulièrement avantageuse, les moyens de coupure d'arc 40 et le moyen de déconnexion 30 sont disposés relativement de telle sorte que lorsque le moyen de déconnexion 30 est dans sa position de fermeture (figure 3a) les moyens de coupure d'arc 40 soient contraints élastiquement, par exemple par le biais du moyen élastique 70, et viennent en appui contre le moyen de déconnexion 30 au niveau de la zone d'appui 30A.
  • Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif comporte des moyens d'indication 50 de l'état de la varistance 10, lesdits moyens d'indication 50 étant actionnés par les moyens de coupure d'arc 40. Ainsi, lors de l'ouverture du moyen de déconnexion 30, la libération et le déplacement des moyens de coupure d'arc 40 va déclencher un changement d'état des moyens d'indication 50 qui vont alors prendre une configuration de nature à informer les tiers qu'une varistance est déconnectée.
  • Les moyens d'indication 50 peuvent bien évidemment être des moyens d'indication visuels, ou encore auditifs. Selon une variante préférentielle illustrée sur les figures 3a et 3b, les moyens d'indication 50 sont formés par un organe de visualisation 51, de préférence monté sur les moyens de coupure d'arc 40 et susceptible de se déplacer avec ces derniers en regard d'une fenêtre 61 ménagée dans le boîtier 60 du dispositif.
  • De façon préférentielle, l'organe de visualisation 51 peut être formé par un panneau coloré, soudé, collé sur ou venu de matière avec le volet isolant 41. La course maximale du volet isolant 41 est de préférence pré-déterminée de manière à ce que l'organe de visualisation 51 vienne se positionner sensiblement en regard de la fenêtre 61 lorsque le volet isolant 41 atteint sa position terminale.
  • De façon particulièrement avantageuse, l'organe de visualisation 51 pourra être coloré en rouge, de telle sorte que l'aspect visuel à travers la fenêtre 61 présente, lorsque la varistance 10 est connectée, une coloration rouge informant les tiers de la nécessité de remplacer le composant de protection, à savoir la varistance 10.
  • Bien évidement, les moyens d'indication 50 pourront également être formés par des moyens de télésignalisation. Selon cette variante, le dispositif sera conçu de telle manière que le déplacement du volet isolant 41 ait pour effet d'actionner un mécanisme susceptible de déclencher un système de signalisation à distance de l'état de la varistance.
  • Plusieurs modes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en se référant aux figures 1 à 4b.
  • Selon un premier mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 1, les moyens de coupure d'arc 40 sont préférentiellement formés par une plaque sensiblement plane, formant le volet isolant 41, et dont les parties latérales 43 s'étendent, à partir de la partie centrale 42, sur une distance suffisante de part et d'autre du moyen de déconnexion 30 et/ou des moyens de raccordement 20 pour empêcher le contournement des moyens de coupure d'arc 40 par l'arc électrique.
  • En particulier, les parties latérales 43 s'étendent de part et d'autre de la partie centrale 42 de manière à empêcher le contournement de cette dernière par l'arc électrique. La structure et la forme du volet isolant 41 permettent ainsi d'augmenter la distance que l'arc électrique doit parcourir pour relier électriquement la lame de déconnexion 31 à l'électrode 21, ce qui revient à augmenter la distance d'isolement entre le moyen de déconnexion 30 et les moyens de raccordement 20.
  • Au sens de l'invention, la distance d'isolement est définie comme la distance que doit parcourir l'arc électrique dans le milieu isolant, par exemple l'air, pour relier électriquement les moyens de raccordement 20, en particulier l'électrode 21, au moyen de déconnexion 30.
  • L'homme du métier pourra ainsi réaliser un volet isolant 41 dont les parties latérales 43 s'étendent sur une distance telle qu'elle permet d'augmenter de manière significative la distance d'isolement entre le moyen de déconnexion 30 et les moyens de raccordement 20, en comparaison avec les dispositifs de l'art antérieur ne comportant pas un tel volet isolant. A titre purement indicatif, le volet isolant 41, précisément les parties latérales 43 de ce dernier pourront être dimensionnées de manière à multiplier au moins par deux, de préférence par trois la distance d'isolement entre le moyen de déconnexion 30 et les moyens de raccordement 20.
  • A titre illustratif, on a représenté en pointillés sur la figure 1 le trajet T1 le plus court que pourrait emprunter l'arc électrique en l'absence du volet isolant 41. On a également représenté le trajet T2 que pourrait emprunter l'arc électrique en présence du volet isolant 41 pourvu de la seule partie centrale 42 et enfin le trajet T3 de longueur plus importante que les trajets T1 ou T2, que doit emprunter l'arc électrique lorsque le volet isolant 41 pourvu de sa partie centrale 42 et des parties latérales 43 se trouve dans l'espace interstitiel 11.
  • La longueur du trajet T3 correspond ainsi à la distance d'isolement entre le moyen de déconnexion 30 et les moyens de raccordement 20, laquelle se trouve significativement augmentée en raison de la présence des parties latérales 43.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de coupure d'arc 40 forment avantageusement une enveloppe, conformée de manière à venir entourer au moins partiellement le moyen de déconnexion 30 et/ou les moyens de raccordement 20 lorsque le moyen de déconnexion 30 est en position d'ouverture.
  • Selon une première variante non représentée, l'enveloppe peut comporter une partie centrale sensiblement plane destinée à être interposée entre la lame de déconnexion 31 et l'électrode 21, et des parties latérales sensiblement recourbées de manière à venir enrober au moins partiellement soit l'électrode 21, soit la lame de déconnexion 31 de manière à augmenter la distance d'isolement entre ces dernières.
  • Selon une autre variante de réalisation illustrée sur les figures 2 à 4b, les moyens de coupure d'arc 40 peuvent comporter un manchon 44, formant l'enveloppe et destiné à venir entourer, au moins partiellement soit la lame de déconnexion 31, soit l'électrode 21 correspondante.
  • De façon préférentielle, le manchon 44 présente une section transversale en forme de U, tel que cela est illustré sur les figures 2, 3a et 3b. Avantageusement, le manchon 44 est délimité latéralement par trois parois 44A, 44C et 44D et longitudinalement par un fond 44B. L'ensemble de ces parois délimite ainsi un logement intérieur 45 débouchant au niveau d'une ouverture 46 permettant au manchon 44 de venir s'emmancher autour de la lame de connexion 21, enrobant ainsi cette dernière (figure 3b).
  • Selon une première variante de l'invention illustrée sur les figures 2, 3a et 3b, les moyens de coupure d'arc 40 sont montés mobiles en rotation.
  • Le manchon 44 est alors avantageusement solidarisé avec un bras 49 articulé, de préférence formé par un plateau. De façon préférentielle, le manchon 44 est venu de matière avec le bras 49, formant alors avec ce dernier une seule et même pièce fonctionnelle.
  • Le manchon 44 fait avantageusement saillie à partir du plateau formé par le bras 49. Ainsi, les parois 44A et 44C du manchon 44 s'étendent sensiblement perpendiculairement par rapport au bras 49, formant ainsi le logement intérieur 45 qui s'ouvre du côté de la face 10A de la varistance 10.
  • Le bras 49 est avantageusement monté mobile en rotation autour d'un axe 100, de telle sorte qu'il puisse pivoter autour de cet axe sous l'action de la force de rappel exercée par le moyen élastique 70. Le bras 49 entraîne alors simultanément le volet isolant 41 dans un mouvement de rotation.
  • De façon particulièrement avantageuse, et tel que cela est représenté sur les figures 3a et 3b, le moyen élastique 70 s'étend de préférence entre une première extrémité fixe 71, par exemple solidarisée avec le boîtier 60, et une deuxième extrémité 72, fixée sur ou venant en appui contre le bras 49 et susceptible de se déplacer avec ce dernier au sein du boîtier 60. Une fois le volet isolant 41 libéré de la lame de déconnexion 31, le moyen élastique 70, du genre ressort, exerce sur le bras 49 une force motrice, entraînant ce dernier dans un mouvement de rotation autour de l'axe 100 fixe.
  • Lors du déplacement du volet isolant 41 de sa position initiale illustrée sur la figure 3a vers sa position finale illustrée sur la figure 3b, le bras 49 se déplace avantageusement suivant une direction sensiblement parallèle à la face 10A de la varistance 10 et ce jusqu'à ce que le fond 44B du manchon 44 vienne en butée contre l'électrode 21, cette dernière se trouvant alors isolée au sein du logement intérieur 45 du manchon 44. Cette mise en butée constitue alors un moyen permettant de déterminer de façon certaine la position terminale du volet isolant 41, ce qui permet d'ajuster le positionnement relatif de la fenêtre 61 et de l'organe de visualisation 51. Bien évidemment, on pourrait envisager d'avoir recours à d'autres moyens de butée pour assurer cette fonction de repérage, notamment des plots d'arrêt (non représentés) fixés par exemple sur l'une des faces du boîtier 60 et disposés de manière à interrompre le mouvement du bras 49.
  • De façon particulièrement avantageuse, le manchon 44 comporte un prolongement 47, sensiblement perpendiculaire la face 44C dudit manchon. Le prolongement 47 forme avantageusement l'une des parois latérales 43 du volet isolant 41 et est interposé entre la lame de déconnexion 31 d'une part, et l'une des faces 10A de la varistance 10 d'autre part, de manière à empêcher le contournement par un arc électrique de la partie centrale 42 du volet isolant 41 formée par l'une des faces 44C du manchon 44.
  • Dans cette variante de réalisation, les faces opposées 44A, 44C du manchon 44 peuvent être avantageusement courbes, de manière à s'adapter au mouvement de rotation du volet isolant 41. Ceci permet notamment d'ajuster de manière plus précise les dimensions du logement intérieur 45 aux dimensions de l'électrode 21.
  • Selon une autre variante de réalisation de l'invention illustrée sur les figures 4a et 4b, les moyens de coupure d'arc 40 sont montés mobiles en translation. Selon cette variante, un moyen élastique du genre ressort (non représenté) tend à rappeler élastiquement le volet isolant 41 vers une position illustrée sur la figure 4b dans laquelle le manchon 44 enveloppe au moins partiellement l'électrode 21.
  • Selon cette variante, le déplacement du manchon 44 s'effectue selon une direction D sensiblement rectiligne et parallèle au plan d'extension de la face 10A de la varistance 10.
  • De la même façon que dans la variante décrite précédemment, le manchon 44 est avantageusement pourvu d'un logement intérieur 45 au sein duquel l'électrode 21 vient se loger.
  • Selon cette variante, le dispositif comporte de préférence des moyens de guidage (non représentés) permettant d'assurer le guidage en translation du volet isolant 41 entre sa position initiale, dans laquelle il est contraint entre le ressort d'une part et la lame de déconnexion 31 d'autre part, et une position terminale dans laquelle il est libéré de la lame de déconnexion 31 et isole cette dernière de l'électrode 21.
  • Le fonctionnement du dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention va maintenant être décrit en s'appuyant sur la variante de réalisation préférentielle illustrée sur les figures 3a et 3b.
  • Lorsqu'un courant excessif ou une utilisation prolongée provoque la rupture ou la fusion de la soudure thermique assurant la liaison par contact entre la lame de déconnexion 31 d'une part et l'électrode 21 de la varistance 10 d'autre part, la lame de déconnexion 31 s'écarte, par effet ressort, de l'électrode 21 créant ainsi un espace interstitiel entre l'électrode 21 d'une part et la lame de déconnexion 31 d'autre part. En s'écartant, la lame de déconnexion 31 libère ainsi le volet isolant 41 qui, sous l'action de la force de rappel exercée par le moyen élastique 70 sur le bras 49, pivote autour de l'axe 100 et vient se positionner, au moins partiellement, dans l'espace interstitiel 11 entre l'électrode 21 et la lame de déconnexion 31. En particulier, la partie centrale 42 du volet isolant 41, formée par l'une des faces 44C du manchon 44, vient s'interposer entre la lame de déconnexion 31 et l'électrode 21. Les autres faces 44A, 44D du manchon 44 viennent alors envelopper l'électrode 21, augmentant ainsi la distance d'isolement entre cette dernière et la lame de déconnexion 31.
  • Bien évidemment, les moyens de coupure d'arc 40, et notamment le volet isolant 41 pourraient, sans sortir du cadre de l'invention, être formés par un manchon monté mobile en translation ou en rotation et conçu de manière à venir isoler non pas l'électrode 21, mais l'extrémité 31A de la lame de déconnexion 31 destinée à être soudée sur l'électrode 21.
  • Le dispositif de protection conforme à l'invention permet donc, grâce à un montage particulièrement simple et fiable, d'assurer une déconnexion rapide et systématique du composant de protection en cas d'échauffement de ce dernier.
  • Un autre avantage du dispositif de protection conforme à l'invention est qu'il permet d'éviter d'avoir recours à un organe de coupure indépendant et complémentaire, du genre fusible ou disjoncteur. Dans les applications où l'utilisation d'un organe de coupure complémentaire s'avère indispensable, il est possible d'augmenter le calibre de ce dernier en toute sécurité.
  • Un autre avantage du dispositif de protection conforme à l'invention est que sa tenue aux surtensions est améliorée.
    • POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE
  • L'invention trouve son application industrielle dans les dispositifs électriques de protection contre les surtensions transitoires.

Claims (11)

  1. Dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions comportant :
    - au moins un composant de protection (10), pourvu de moyens de raccordement (20) à l'installation électrique,
    - un moyen de déconnexion (30) du composant de protection (10) par rapport à l'installation électrique, adapté pour assurer la déconnexion de ce dernier au niveau des moyens de raccordement (20), et susceptible de se déplacer à partir d'une position de fermeture vers une position d'ouverture en créant ainsi un espace interstitiel (11) entre le moyen de déconnexion (30) et les moyens de raccordement (20),
    caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de coupure d'arc (40), destinés à empêcher la formation d'arcs électriques entre le moyen de déconnexion (30) et les moyens de raccordement (20) lorsque le moyen de déconnexion (30) est en position d'ouverture, lesdits moyens de coupure d'arc (40) étant formés par un volet isolant (41), apte à se déplacer au moins partiellement au sein de l'espace interstitiel (11) et comportant une partie centrale (42), destinée à être interposée entre le moyen de déconnexion (30) et les moyens de raccordement (20) et des parties latérales (43), conformées de manière à empêcher le contournement des moyens de coupure d'arc (40) par l'arc électrique.
  2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de coupure d'arc (40) sont formés par une plaque sensiblement plane, dont les parties latérales (43) s'étendent, à partir de la partie centrale (42), sur une distance suffisante de part et d'autre du moyen de déconnexion (30) et/ou des moyens de raccordement (20) pour empêcher le contournement des moyens de coupure d'arc (40) par l'arc électrique.
  3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de coupure d'arc (40) forment une enveloppe, conformée de manière à venir entourer, au moins partiellement, le moyen de déconnexion (30) et/ou les moyens de raccordement (20) lorsque le moyen de déconnexion (30) est en position d'ouverture.
  4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens de coupure d'arc (40) comportent un manchon (44) présentant une section transversale en forme de U.
  5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les moyens de coupure d'arc (40) et le moyen de déconnexion (30) sont montés relativement de telle manière que lors de l'ouverture du moyen de déconnexion, ce dernier libère les moyens de coupure d'arc (40), autorisant ainsi le déplacement de ces derniers.
  6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les moyens de coupure d'arc (40) et le moyen de déconnexion (30) sont disposés de telle sorte que lorsque le moyen de déconnexion est dans sa position de fermeture, les moyens de coupure d'arc (40) soient contraints élastiquement et viennent en appui contre le moyen de déconnexion (30).
  7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les moyens de coupure d'arc (40) comportent un moyen élastique (70), monté de manière à exercer une force de rappel élastique sur le volet isolant (41), ladite force de rappel étant responsable du déplacement de ce dernier.
  8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les moyens de coupure d'arc (40) sont montés mobiles en rotation.
  9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les moyens de coupure d'arc (40) sont montés mobiles en translation.
  10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'indication (50) de l'état du composant de protection, lesdits moyens d'indication (50) étant actionnés par les moyens de coupure d'arc (40).
  11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que les moyens d'indication (50) sont formés par un organe de visualisation (51), monté sur les moyens de coupure d'arc (40) et susceptible de se déplacer en regard d'une fenêtre (61) ménagée dans le boîtier (60) du dispositif.
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