Brevet FR2005296A1 — publié le 19691212

La présente invention concerne des isolateurs électriques à cloches pour hautes tensions et concerne plus spécialement, mais pas exclusivement, des isolateurs du type en forme de tige pour suspendre les conducteurs de lignes aériennes de transport d'énergie. On sait que le comportement d'un isolateur pour une ligne de transport d'énergie à tres haute tension dans des conditions de forte pollution atmosphérique est fonction de la longueur du trajet de fuite superficielle de l'isolateur. Be risque d'un contournement de l'étincelle est d'autant plus faible que le trajet de fuite superficielle est plus long. Pour produire un long trajet de fuite superficielle sur une longueur globale donnée d'un isolateur, un moyen consiste à utiliser un grand nombre de cloches aplaties de grand diamètre. Cependant, on sait également que si l'intervalle compris entre les cloches de l'isolateur est réduit, le risque de décharge dans l'air entre les cloches le long de leurs bords externes ou entre une gouttelette d'eau se trouvant sur une cloche supérieure et une cloche se trouvant au-dessous d'elle est alors plus grand. La présente invention se propose notamment de fournir un isolateur qui, pour une longueur axiale donnée, présente une très grande résistance au contournement des étincelles dues à des sautes de tension à des fréquences industrielles et lors de commutations dans des conditions sévères de pollution par l'humidité et sous une pluie battante, ou bien une courte longueur axiale pour une intensité donnée de l'arc de claquage, san nécessiter des cloches un diamètre exoessvement grand, Suivant la présente invention, un isolateur électrique présente plusieurs cloches, les cloches adjacentes ayant des diamètres différents sur toute la longueur de l'isolateur ou au moins sur la plus grande partie de la longueur de ce dernier, la longueur totale du trajet de fuite superficielle entre les extrémités de la matière isolante correspondant au moins à quatre fois, et de préférence au moins à huit fois la longueur axiale de la matière isolante. Avec cette construction, les gouttelettes d'eau qui se rassemblent sur la périphérie d'une cloche de plus grand dia mètre ne se trouvent pas directement au-dessus de ltextrémité externe de la cloche inférieure suivante. En outre, la longueur de l'intervalle entre les extrémités des cloches adjacentes qui présentent deux diamètres différents est supérieure à l'écartement vertical de ces deux cloches. On a constaté en pratique qu'un isolateur présentant des cloches de diamètres alternés plus grands et plus petits se comportent mieux qu'un isolateur de m8me longueur ayant des cloches de diamètre uniforme. Comme on l'expliquera ciaprès, il est cependant préférable d'utiliser plus de deux diamètres différents pour les cloches. Etant donné que la longueur du trajet de fuite superficielle est le paramètre le plus important utilisé pour déterminer le comportement d'un isolateur pollué, à condition que la construction permette l'utilisation efficace du trajet de fuite superficielle (ctest-à-dire que le risque d'un court-circuitage de parties importantes du trajet de fuite superficielle par des gouttelettes d'eau et/ou des décharges dans l'air entre les cloches est réduit au minimum), il est préférable d'adopter un rapport élevé d'environ 10 pour la longueur totale du trajet de fuite superficielle à la longueur axiale de l'isolant d'un isolateur du type en forme de tige. Il est préférable dans l'isolateur de la présente invention que la longueur du trajet de fuite superficielle (X) compris entre le point inférieur de la bordure de n'importe quelle cloche et le point situé immédiatement au-dessous sur la cloche suivante de même diamètre ou d'un diamètre plus grand, lorsque l'axe de l'isoRateur est vertical, soit en rapport avec la plus courte distance (X) comprise entre les deux points, de façon que la valeur maximale de X/L pour deux quelconques de ces points de l'isolateur ou d'une partie principale de la longueur de l'isolateur ne dépasse pas la valeur minimale de X/L de plus de 50 %. Comme précédemment mentionné, il est prévu deux dimensions de cloche, les cloches ayant un plus grand diamètre et celles ayant un plus petit diamètre étant disposées d'une façon alternée. Si l'on utilise plus de deux dimensions de cloches, elles sont disposées suivant une configuration récurrente.Cette configuration est de préférence telle, que si l'on utilise N dimensions différentes de cloches, la configuration se répète après 2(N-1) cloches, et l'ordre dans lequel les cloches sont disposées est déterminé par le processus suivant On va supposer que les cloches sont de dimension 0, de di mension 1,de dimension 2 (de dimension N-1), les diamètres des cloches augmentant en fonction des nombres déterminant la di mension (mais pas nécessairement proportionnellement à ces derniers) et on va supposer que la position des cloches dons une série cor respond à la position 1, la position 2, ... la position 2 (N 1), la position 1 correspondant à la cloche inférieure de la série alors, le nombre déterminant la dimension de la cloche est donné par la puissance la plus élevée de deux qui est exactement divisible par le nombre déterminant la position. Ainsi, avec quatre dimensions de cloches, pour tous les nombres impairs déterminant les positions, le nombre déterminant la dimension est 0, pour les positions 2 et 6, le nombre déterminant la dimension est 1, pour la position 4, le nombre déterminant la dimension est 2 et pour la position 8, le nombre déterminant la dimension est 3. Bien que N puisse être égal à 2, la Demanderesse préfère qu'il soit égal à 3 ou plus, de façon que la configuration se répète après un minimum de quatre cloches. Un isolateur complet comprend normalement un certain nombre de configurations récurrentes des cloches comme décrit ci-dessus. La cloche supérieure de l'isolateur a de préférence la.plus grande dimension (c'est-à-dire que la succession des configurations se termine au sommet), mais la cloche inférieure ne termine pas nécessairement une configuration. Pour des isolateurs de suspension du type en forme de tige destinés à des lignes aériennes de transport d'énrgie, les diamètres des cloches sont choisis de préférence de façon que l'égouttement depuis la bordure d'une cloche quelconque, qu'elle soit affectée ou non par lteffort électrique et/ou le vent ou une flexion de l'isola teur par rapport à la verticale lorsqu'il est en service normal, ne tombe pas régulièrement sur la cloche plus petite se trouvant au-dessous d'elle. On y parvient en s'assurant qu'une ligne tracée de façon à toucher l'extrémité externe d'une cloche de plus grande dimension suivant un angle de 300 par rapport à l'axe de l'isolateur ne coupe pas l'une des cloches de plus petite dimension située audessous avant de couper une cloche de meme dimension ou de dimension plus grande. La plus petite distance comprise entre la partie inférieure d'une cloche quelconque, lorsque l'isolateur est vertical, et la surface d'une autre cloche quelconque est de préférence d'au moins 8 mm. Une ligne reliant un point d'une cloche quelconque qui est le plus éloigné de l'axe de l'isolateur et le milieu de la racine ce la cloche où elle se raccorde avec la tige de l'isolateur dans le même plan que dans le premier point et l'axe de l'isolateur doit former de préférence un angle compris entre 500 et 650 avec l'axe de l'isolateur, mais ceci n'est pas indispensable. Pour un isolateur individuel quelconque, l'angle formé par chaque cloche est habituellement sensiblement le même. lies cloches sont de préférence de forme conique à paroi min- ce, leur surface supérieure et inférieure étant engendrée chacune par rotation autour de l'axe de l'isolateur d'une ligne sensiblement droite passant par l'axe. Au lieu d'avoir une génératrice sous forme d'une ligne droite, les cloches peuvent être de forme généralement conique, les surfaces supérieure et inférieure étant engendrées par la rotation de lignes génératrices légèrement incurvées d'une forme telle que l'écart maximal par rapport à une ligne droite ne dépasse pas l'épaisseur moyenne de la cloche.La surface supérieure ou la surface inférieure d'une cloche ou les deux peuvent présenter des gradins ou être ondulées à condition que la profondeur maximale de chaque gradin ou ondulation ne dépasse pas 40 ffi de l'épaisseur moyenne de la cloche. Chaque cloche peut avoir une épaisseur sensiblement uniforme dans son ensemble ou peut s'effiler suivant un angle allant jusqu'à 15 %. La forme conique préférée des cloches décrites a l'avantage que si l'isolateur doit être graissé par un hydrocarbure ou une autre graisse, la graisse est facilement. appliquée par pulvérisation et est facilement enlevée par un simple raclage. L'invention peut être appliquée à un isolateur en porcelaine comportånt des chapeaux d'extrémité. Dans ce cast le corps de lliso- lateur peut tre en une seule pièce avec les cloches comme un élément de porcelaine monobloc, les chapeaux d'extrémité étant fixés aux extrémités de l'élément de porcelaine d'une façon connue. Cependant, l'invention peut également s'appliquer à des isolateurs du type en forme de tige construit d'une autre façon par exemple constitué par plusieurs ensembles réunis, par exemple des isolateurs de résine moulée sur une âme ou noyau de fibres de verre liées par une résine.Une matière de ce type permet d'obtenir un rapport 6le- vé du surplomb à l'épaisseur des cloches, comme cela est nécessaire si lton utilise plus de deux diamètres de cloche. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins la figure 1 est une élévation de c8té en partie en coupe, d'un isolateur du type en forme de tige la figure 2 est une élévation de c8té en partie en coupe, d'un isolateur d'une autre construction ; et la figure 7 est une vue analogue à celle de la figure 2 d'un isolateur de construction légèrement différente. En se référant à la figure 1, on a représenté un isolateur du type en forme de tige destiné à suspendre un conducteur d'une ligne aérienne de transport d'énergie à très haute tension. L'isolateur présente un corps principal 10 en porcelaine et comportant des cloches solidaires qui sont alternativement d'un diamètre plus grand et d'un diamètre plus petit. Dans cette forme de réalisation particulière, l'isolateur comporte quatorze cloches 11 de plus grand diamètre et treize cloches 12 de plus petit diamètre.Chaque cloche présente une surface inférieure concave ou conique et une surface supérieure généralement convexe, ces surfaces se raccordant uniformément au corps principal de ltisolateur, les surfaces supérieure et inférieure des cloches étant toutes deux inclinées vers le bas et vers 11 extérieur de façon que la pluie ait tendance à a'égoutter depuis les cloches ou à former des gouttelettes se rassemblant au point le plus bas d'une cloche, ce point se trouvant sur ou prés de la périphérie éxterne.fflies extrémités de l'isolateur sont fixées dans des chapeaux métalliques d'extrémité 13 et 14 d'une façon connue. La figure 2 montre une partie d'un isolateur en résine moule-e. L'isolateur e & commodément moulé avec un * ésine synthétique et peut être fixé autour d'un noyau de fibres de verre liées par- une résine. Le moulage est effectué de préférence par coulée sous vide en utilisant une résine époxy. A cause du rapport élevé du surplomb à l'épaisseur des cloches qui peut être utilisé en ayant recours à une résine, on peut prévoir plus de deux diamètres de cloche. La figure 2 montre un tel isolateur comportant trois dimensions de cloches.L'avantage d'une telle disposition par rapport à celle à deux dimensions de cloches réside dans le fait que pour un diamètre global donné le rapport des trajets de fuite superficielle aux largeurs des intervalles peut entre accru et que le comportement de l'iso:ateur-en cas de pollution peut Qtre amélioré. Sur la figure 2, on a représenté deux des cloches de plus grandes dimensions 20 et 21, une cloche 22 de dimension intermédiaire et deux des cloches de plus petite dimension 23 et 24. les largeurs des intervalles seront indiquées par la dimension X entre les cloches 20 et 21, par la dimension X' entre les cloches 22 et 21, par la dimension X" entre les cloches 23 et 22 et par la dimension X''' entre les cloches 24 et 21.Aux intervalles X, X', X" et X''' sont associées les longueurs des trajets de fuite superficielle L, L', L" et L''' respectivement, ces longueurs des trajets de fuite superficielle étant les plus courtes longueurs (dans un plan radial passant à travers l'axe de l'isolateur) le long de la surface des cloches entre les deux extrémités des intervalles respectifs. Sur la figure 2, les valeurs de X/L...... X"/L", etc.., varient de 0,0758 à 0,0936, l'effilement de la cloche est de 50, l'angle formé par la cloche est de 630, et le rapport de la longueur du trajet de fuite superficielle à la longueur de l'isolant de l'isolateur est de 10. Sur la figure 3, qui montre:une variante de l'isolateur de la figure 2, les valeurs correspondantes s-ont de 0,103 à 0,136, de 50, de 630. et de 6,9. Sur les deux figures, N=3 et par conséquent la configuration se répète toutes les quatre cloches. Il convient de noter que dans toutes les constructions re présentées, pour empêcher des gouttes de tomber de la bordure d'une cloche quelconque, qu'elle soit affectée ou non par l'effort électrique et/ou le vent ou une flexion de l'isolateur par rapport à la verticale, sur la cloche de plus petite dimension se trouvant au-destsous d'eLle; il est pravu une différence appropriée entre les diamètres des cloches. Plus spécialement, une ligne tracée de façon qu'elle touche l'extrémité externe d'une cloche de plus grande dimension suivant un angle de 300 par rapport à 11 axe de l'isolateur ne croise pas l'une des cloches de plus petite dimension se trouvant au-dessous dtelleavant de croiser une cloche de même di mension àu de dimension plus grande. Dans toutes les constructions représentées, la plus courte distance comprise entre la partie la plus basse d'une cloche quel conque, lorsque l'isolateur est vertical, et la surface d'une autre cloche quelconque est supérieure à 8 mm. - REVENDICATIONS 1 - Isolateur électrique, caractérisé en ce qu'il présente plusieurs cloches, les cloches adjacentes ayant un diamètre différent le long de la totalité de l'isolateur ou au moins de la plus grande partie de sa longueur, la longueur totale du trajet de fuite superficielle entre les extrémités de la matière isolante correspondant au moins à quatre fois la longueur axiale de la matière isolante. 2 - Isolateur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur totale du trajet de fuite superficielle entre les extrémités de la matière isolante correspond à au moins huit fois la longueur axiale de la matière isolante. 3 - Isolateur électrique selon l'une quelconque des reven aications précédentes, caractérisé en ce que la longueur du trajet de fuite superficielle li, entre le point le plus bas de la bordure d'une cloche quelconque et le point situé directement au-dessous cie lui sur la cloche suivante de même diamètre ou de plus grand diamètre, lorsque l'axe de l'isolateur est vertical, est en rap- port avec la plus courte distance (X) comprise entre les deux points,de façon que la valeur maximale de Xj pour deux quelconques de ces points de l'isolant ou d'une partie principale de la longueur de l'isolateur ne dépasse pas la valeur minimale de X/L de plus de 50 %. 4 - Isolateur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cloches présentent alternativement un grand diamètre et un petit diamètre. 5 - Isolateur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérise en ce que les cloches présentent N diamètres différents disposés suivant une configuration récurrente, m étant un nombre entier égal ou supérieur à 3. 6 - Isolateur électrique suivant la revendication 5, carac tersé en ce que les cloches sont de dimension 0, de dimension 1, de dension 2... de dimension (N-1), les diamètres des cloches augmentant dans l'ordre des nombres définissant les dimensions, et dans lequel les cloches sont disposées suivant une configuration récurrente avec 2(N-1) cloches dans chaque série de la configura- tion récurrente, la position des cloches dans la configuration étant définie par la position 1, la position 2... la position 2(N-1) ans l'ordre numérique ascendant depuis la cloche la plus basse, et dans lequel le nombre définissant la dimension de la clo che est donné par la puissance la plus élevée de 2 qui est exactement divisible par le nombre définissant la position. 7 - Isolateur électrique, selon l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisé en ce que la cloche supérieure est une cloche du plus grand diamètre. 8 - Isolateur électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cloches sont disposées de façon qu'une ligne touchant l'extrémité externe d'une plus grande cloche suivant un angle de 300 et s'étendant vers le bas à travers l'axe de l'isolateur ne croise pas l'une des plus petites cloches située au-dessous dtelle avant de croiser une cloche de mgme dia mètre ou de diamètre plus grand 9 - Isolateur électrique selon l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisé en ce que la plus courte distance comprise entre la partie la plus basse d'une cloche quelconque, lorsque l'isolateur est vertical, et la surface dtune autre cloche quelconque n'est pas inférieure à 8 mm. 10 - Isolateur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une ligne reliant un point d'une cloche quelconque qui est le plus éloigné de l'axe de ltisolateur et le milieu de la racine de là cloche où elle se raccorde avec la tige de l'isolateur dans le même plan radial quelle premier point et l'axe de l'isolateur forme un angle compris entre 50 et 650 avec 11 axe de l'isolateur. 11 - Isolateur électrique selon la revendication 10, carac térisé en ce que l'angle sus-mentionn8 de chacune des cloches est sensiblement le même. 12 - Isolateur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cloches sont de forme conique , les surfaces supérieure et inférieure de chacune d'elles étant engendrées par la rotation d'une génératrice sous forme d'une ligne droite passant 'rar 11 axe. 13 - Isolateur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que les cloches sont de forme généralement conique, les surfaces supérieure et inférieure étant engendrées par la rotation de lignes génératrices légèrement incurvées de forme telle que l'écart maximal par rapport à une ligne droite ne dépasse pas ltépaisseur moyenne de la cloche. 14 - Isolateur électrique selon l'úne quelconque des revendications précédentes, caractérisé en-ce que la surface supérieure et/ou la surface inférieure d'une ou plusieurs cloches comporte des gradins ou sont ondulées, la profondeur maximale d'un gradin ou on dulation quelconque ne dépassant pas 40 % de 11 épaisseur moyenne de la cloche. 15 - Isolateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que chaque cloche a une épaisseur sensiblement uniforme. 16 - Isolateur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que chaque cloche a une forme effilée dans un plan radial passant par l'axe de 1'isolateur, l'angle d'effilement ne dépasaantpas 150.