Brevet FR2001228A1 — publié le 19690926

La présente invention se rapporte aux connecteurs à'haute tension, et plus particulièrement à une prise à hante tension destinée à connecter un cible à haute tension à une borne haute tension d'un transformateur ou appareil électrique analogue. La technique antérieure décrit des connecteurs interchangeables comprenant une première prise à fiche ou amovible et une seconde prise, fixe. Toutefois, selon cette technique antérieure, l'ajustage entre la partie dépassante de la prise fixe du connecteur et l'intérieur creux de la prise à fiche, ou amovible, est si serré que la prise à fiche doit être posée en l'éti- rant sur la partie dépassante du connecteur afin d' assurer un Joint étanche et d'effectuer en même temps le contact électrique intérieur entre les deux parties du connecteur. Au cours de cette opération, il est difficile d'obtenir une fermeture rapide des contacts, cependant cette fermeture rapide est des plus importantes, notamment en cas d'une tentative de fermeture pendant l'existence dtun défaut sur la ligne à haute tension. Au cours de l'approche des contacts, ou en cas de contact momentané, un amorçage d'arc peut créer une pression surfisante pour séparer par soufflage les deux parties du connecteur, et peut-être en détruisant celui-ci et en blessant l'opérateur. Dans certains dispositifs de la technique antérieure du type interchangeable, un fusible, non limiteur de courant, appelé ci-dessous "fusible ordinaire", était disposé en série avec la ligne à haute tension et le contact porté par la partie à fiche du connecteur. Ce fusible ordinaire n' apportait pas de solution au problème du branchement de la partie à fiche du connecteur dans la partie stationnaire en cas de défaut sur la ligne, car ce type de fusible ne coupe pas le circuit avant que le cycle du courant passe au zéro. me malgré la fusion du fusible, l'arc continue à transmettre le courant jusqu'8 ce que le cycle du courant passe au zéro. n s'ensuit que le courant maximal disponible peut Xetre transmis avant l'ouverture du circuit. Ceci présente des inconvénients car ce courant maximal crée une quantité de gaz suffisante pour que la bulle de gaz qui débute au point d'alors gage d'arc entre le contact électrique de la partie fixe du connecteur et la partie amovible, produise suffisarment d'énergie pour détruire le Ces inconvénients des connecteurs du type à fiche de la technique antérieure ont été corrigés par la présente invention. L'invention réalise un connecteur à haute tension comprenant une première prise à fiche et une seconde prise fixe. La prise fixe comprend une partie isolante moulée qui peut être constituée d'un époxy renfermant une charge ou quelque autre matière convenable, dans laquelle est moulée une collerette de métal pour le montage de la partie fixe du connecteur. Une pièce rapportée en caoutchouc dépasse de la prise fixe moulée. Un conducteur électrique remonte dans la prise fixe moulée et se ter mlne en un contact à ressort dans la partie dépassante en caoutchouc. Une matière qui produit, sous exposition à l'arc, un gaz assistant à l'extinction de tout arc qui pourrait s'amorcer, est également disposée à l'extrémité de la partie dépassante en caoutchouc de la prise fixe. La première partie, à fiche, du connecteur comprend une prise moulée en caoutchouc dans laquelle est moulée une borne électrique connectée à un câble à haute tension. La prise est pourvue d'une autre borne, espacée de la première qui est connectée au crible, et une douille de fusible est fixée à cette seconde borne0 Un fusible limiteur d'intensité est connecté en série entre la borne connectée au cable et la seconde borne de la prise à fiche. La borne qui est connectée au fusible de protection s'étend dans une partie creuse de la prise. Cette partie creuse a un diamètre légèrement plus grand que la partie dépassante de la seconde prise du connecteur, ce qui permet de la poser sur cette partie dépassante de la seconde prise très rapidement pour faire le contact électrique entre le contact monté à 14intérieur de la prise creuse et le contact à ressort monté à l'intérieur de la partie dépassante. Cet agencement permet de placer rapidement la prise à fiche dans la prise fixe, et en cas d'un défaut sur la ligne et d'un amorçage d'arc au moment du passage du courant, le fusible de protection saute alors et isole le défaut avant la libération au point d'amorçage dlarc d'une quantité d'énergie suffisante pour détruire le connecteur. Le défaut peut ainsi être dégagé, et après montage d'un nouveau fusible, la partie à fiche du connecteur peut eAtre à nouveau placée dans la partie fixe afin de compléter le circuit électrique sans destruction de l'appareillage, ni dommage pour le personnel d'entretien. Le fusible de protection peut être remplacé dans la première partie à fiche du connecteur au moyen d'une poignée disposée à l'extérieur de cette partie à fiche. On appuiera sur le fait que le fusible doit être un fusible limiteur d'intensité car, en cas d'utilisation d'un fusible ordinaire le circuit ne serait Pas coupé avan t e courant n'ait atteint le maximum du cycle, car avec les fusibles ordinaires, l'arc continue à transmettre le courant jusqu'à ce que le cycle passe au zéro. Avec un fusible de protection du type utilisé dans la présente invention, le courant est interrompu en quelque point inférieur à un demicycle, et seulement une quantité déterminée de courant passe avant la coupure du circuit. La Figure 1A est une élévation de coté, avec certaines parties interrompues, d'une forme de réalisation de la prise à fiche du connecteur réalisé par l'invention; La Figure 1B est une élévation de c8té, avec certaines parties interrompues, dune forme de réalisation de la seconde partie ou prise fixe du conneateur selon l'invention; La Figure 2 est une vue de capoté, avec certaines parties interrompues, de la prise à fiche de la Figure lA et de la prise fixe de la Figure 1B, en position assemblée, avant serrage du collier de fixation; La Figure 3 est une coupe partielle montrant les connecteurs assem blés corme à la Figure 2, après serrage de la bande de fixation; La figura 4 représente une seconde ferle de réalisation du connecteur k haute tension comprenant une prise à fiche et une prise fixe selon la pré- sente invention; La Figure 5 est une élévation de côté montrant la manière d'utiliser deux connecteurs réalisés selon l'invention pour brancher l'enroulement à haute tension d'un transformateur en circuit avec un cible à haute tension; La Figure 6 est une vue détaillée en plan de la pince à action rapide utilisée pour fixer la prise à fiche à la prise fixe du connecteur, lorsque ces deux prises sont assemblées; ta Figure 7 est une coupe suivant la ligne VII-VII de la Figure 1B montrant les contacts à ressort portés par la seconde prise, ou prise fixe, du connecteur; La Figure 8 est un diagramme illustrant la manière dont le fusible de protection utilisé dans la présente invention coupe le courant avant que soit atteint le courant maximal du demi-cycle; et La Figure 9 est un diagramne illustrant le courant asymétrique et symétrique d'un cycle de courants et le courant que laisse passer le fusible de protection de 11 invention. Sur les diverses figures des dessins annexés, les mAmes caractères de référence désignent les éléments identiques. En référence plus particulièrement à la Figure 1A, cette figure représente une prise à fiche 10 d'un connecteur à haute tension selon l'invention. La prise à fiche 10 consiste en une pièce moulée comprenant une partie 12 avec une autre partie 14 en porte-à-faux, disposée pratiquement perpendiculairement à la partie 12. La prise 10 peut astre moulée dans une composition de caoutchouc ou autre matière isolante convenable. La partie 12 présente une cavité destinée à recevoir un fusible de protection tel que celui que l'on vient de décrire. Dans la partie 12 est également monté un contact électrique 16 auquel est fixé un câble électrique à haute tension 18. Dans la partie creuse en porte-à-faux 14 de la prise à fiche 10 est disposé un contact électrique 20. Ce contact 20 est fixé à une douille 22 de fusible, laquelle s' étend dans la cavité 24 de la prise 10. La douille 22 est disposée en alignement avec le contact électrique 16 auquel est fixé le oâbe 18 à haute tension. Un fusible de protection 26 est monté dans la cavité 24 de la prise 10, et maintenu en circuit en série avec le contact 20 et le contact 16 au moyen de la douille 22. Le fusible de protection 26 est pourvu dtun maillon 28 qui s'engage dans un autre maillon 30. Une poignée 32, manoeuvrée au moyen dtune perche à crochet, est fixée au maillon 30 pour retirer le fusible de la cavité 24 de la prise à fiche 10. On peut introduire un nouveau fusible dans le circuit en rattachant à la poignée 32 au moyen des maillons, tels que 28 et 30, puis au moyen de la poignée l'introduire par l'orifice 34 dans la cavité 24, en engagement de circuit avec le contact 16 et la douille 22. La partie. 14 en porte-à-faux de la prise à fiche 10 est pourvue d'une cavité conique 36. Dans cette cavité 36 est centré le contact électrique 20. A l'extrémité inférieure de ce contact 20 est fixée une matière 38 qui, sous exposition à l'arc, dégage un gaz qui facilite l'extinction de cet arc. La partie 14 en porte-à-faux de la prise 10 est entourée dtun collier de fixation 40. Ce dernier se serre et se desserre au moyen dtune manette 41 et d'un agencement à came à action rapide 42 qui constitue un moyen de serrage rapide du collier. La fonction de ce collier 40 fera l'objet d'une description détaillée qui va suivre. La Figure 1B représente la seconde partie ou prise fixe du connecteur à haute tension selon la présente invention. La prise fixe 50 représentée à la Figure 1B est constituée d'une pièce coulée 52, qui peut castre coulée en un époxy renfermant une charge, ou autre matière convenable. La pièce coulée 52 est traversée en son centre par un conducteur électrique 54. Ce conducteur 54 est destiné à la connexion à un circuit de charge (non représenté). L'extrémité supérieure du conducteur 54 est filetée en 56 et porte, au moyen de ce file tage 56, un contact électrique 58 constitué de quatre doigts à ressort 60, qui remontent de la partie filetée 56. Le filetage 56 du contact 54 et les doigts à ressort 60 qu'il porte sont entourés d'une pièce isolante dépassante 62. Cette partie dépassante peut être constituée de caoutchouc ou autre isolant électrique convenable. Un machon 64 de matière qui dégage un gaz sous exposi tion à l'arc, est adapté dans 11 extrémité supérieure de la pièce isolante dépassante 62, au-delà des doigts à ressort 60. La matière génératrice de gaz illustrée en 38 et en 64, peut Autre l'une quelconque des matières décrites dans le brevet Etats-Unis 3 059 081, ou dans le brevet Etats-Unis 3 027 352. On remarquera que l'une ou l'autre de ces matières, sous exposition à Tare, dégage un certain volume de gaz dont l'effet de désionisation conjointement à l'effet de soufflage a tendance à éteindre l'arc. L'attention est attirée sur le fait que le diamètre extérieur de la pièce isolante dépassante 62 est légèrement inférieur au diamètre intérieur de la cavité 36 de la prise à fiche 10. Cet ajustage libre, ou à faible Jeu, entre la pièce 62 de la prise fixe 50 et la cavité 36 de la prise à fiche 10 permet d'enfoncer la prise 10 dans la prise 50 de manière que la fiche de contact 20 de la prise 10 fasse un bon contact électrique avec les doigts à ressort 60 du contact 58 de la prise 50. Cet ajustage libre ou à faible Jeu entre la prise fixe 50 et la prise à fiche 10 permet une introduction rapide de la prise 10 dans la prise 50 avec un minimum de force. Ce fait constitue un important avantage de ce connecteur, car avec les connecteurs de la technique antérieure, la partie creuse de la prise à fiche doit titre sur la partie dépassante de la prise fixe, et par suite exige une force ou effort appréciable pour l'obtention d'un bon contact électrique entre les deux prises. Lorsqu'on tente d'introduire la prise à fiche dans la prise fixe au cours d'un défaut sur le circuit, cet effort d'étirage peut nuire à la fermeture rapide des contacts, d'où s'ensuit, à ces contacts, une décharge ou craohement, L1arc qui s' amorce alors peut produire une énergie explosive suffisante pour chasser par soufflage la prise à fiche 10 et accrottre le risque de blessure du personnel d'entretien en train de faire la connexion. On se référera maintenant à la Figure 2 qui représente la prise 10 assemblée ou introduite dans la prise 50 pour effectuer une connexion de circuit entre le cible 18 et une charge qui est connectée au conducteur 54. La Figure 2 illustre la position relative des surfaces 62 et 36 avant serrage du collier 40 de fixation. Dès que la prise à fiche 10 est complètement introduite dans la prise 50 de telle sorte que le contact 20 de la prise 10 fasse un contact électrique complet avec les doigts à ressort 60 du contact 58, on abaisse le levier 41 pour serrer le collier 40 et coincer fortement la face interne 36 de la partie 14 en porte-à-faux contre la face externe de la partie dépassante 62 de la prise 50. Cet action de serrage du collier 40 amène également un crochet 70 sous une boucle 72 fixée à une collerette de montage 74 de la prise 50. Ce crochet 70 et la boucle 72 fixent rigidement la prise à fiche 10 à la prise fixe 50. La collerette de montage 74 est disposée au moment du moulage dans la prise fixe 50, et sert au montage de cette prise 50, par exemple, sur une cuve de transformateur 76, par soudure électrique, ou moyen analogue. Ltaction de serrage ou de fixation du collier 40 contre la partie creuse 14 chasse également l'air qui pourrait se trouver emprisonné entre la face interne 36 de cette partie 14 et la face externe de la partie dépassante 62 de la prise fixe 50. Le collier 40 présente une courbure particulière concave, représentée aux Figures 1A, 2 et 3, qui exprime l'air d'entre la face 36 et celle de la partie dépassante 62, d'abord en son centre puis progressivement en direction de ses extrémités. Il importe d'éliminer l'air compris entre ces surfaces, car la présence d'une pellicule d'air entre celles-ci réduirait la résistance à la décharge à un niveau dangereusement bas. Ainsi que le montre la Figure 3, après serrage du collier 40 autour de la partie creuse 14 de la prise 10, il existe une adaptation intime entre la face interne de cette partie 14 et la face externe de la partie 62 de la prise fixe 50, et la prise à fiche 10 se trouve solidement fixée à la prise fixe 50 par la boucle 72 et le crochet 70. Si l'on introduit la prise à fiche dans la prise fixe 50 au cours d'un défaut sur le circuit, et qu'un arc s'amorce, le fusible de protection 26 saute et déconnecte le câble 18 de la prise fixe 50; ce fonctionnement du fusible de protection 26 coupant le circuit entre le cable 18 et la prise fixe 50, se produit en moins d'un demi-cycle du courant. La Figure 8 est un graphique d'un cycle complet de courant illustrant le mode de fonctionnement du fusible de protection 26 pour couper le circuit. Ainsi que le montre cette Figure 8, puisque le courant est interrompu très rapidement, ltarc n'a aucune chance dtalimenter la bulle de gaz, développée entre les contacts 60 et 20, avec assez d'énergie pour que cette bulle fasse exploser le connecteur, ou chasse par soufflage la prise à fiche 10 de la prise fixe 50, et blesse peut entre ainsi le personnel d'entretien. A la Figure 8, le caractère de référence 80 représente un cycle complet de courant. Ip représente le courant de crête dont le passage est permis, c'est-à-dire le courant maximal que laisse passer le fusible 26. Ia représente le courant de croate disponible d'anomalie. tm représente le temps-de fusion du fusible 26. ta représente le temps d'arc du fusible. tc représente le temps total de coupure (isolement du défaut) du fusible. On remarquera qu'avec un fusible ordinaire le temps total de coupure du fusible est un demi-cycle com plet. fl en est ainsi parce que, avec un fusible ordinaire, après le début de l'arc, le courant continue à être transmis par l'air ionisé dans le courant d'arc Jusqu a ce que le cycle de courant passe par le zéro, ce qui peut constituer un demi-cycle complet. Ceci signifie également que le courant maximal passe avant que le circuit soit interrompu. Avec un fusible de protection, tel que celui utilisé dans l'invention, cette condition n'existe pas. Ainsi que le montre la Figure 8, le fusible limiteur de courant coupe les forts courants anomalie avant que la première boucle de courant défectueux ait atteint sa valeur naturelle de crête. Le fusible de protection accomplit cette fonction en produisant des tensions dtarc qui excèdent la tension du réseau à un degré appréciable, forçant ainsi le courant à s' abaisser au zéro. Ce fusible fonctionne en moins d'un demi-cycle pour assurer le maximum de protection. Le fusible limiteur dtintensitd utilisé dans la présente invention fait l'obJet du brevet Etats-Unis 3 134 874. n ressort de la Figure 8 que le temps total de coupure du fusible de protection 26 est approximativement la moitié du temps requis par un fusible du type b fusion ordinaire pour couper le circuit, et lténergie fournie à la bulle de gaz est bien inférieure à la moitié de celle qui serait appliquée en cas d'usage d1un fusible ordinaire, Les caractéristiques de fonctionnement du fusible de protection utilisé dans la présente invention sont en outre illustrée s par la Figure 9 des dessins, A cette Figure 9, 1 axe vertical indique, en ampères, le courant que laisse passer le fusible, et 1' axe horizontal indique en ampères, le courant symétrique MI disponible. Les Droites portant ltindication asymétrique et symétrique, indiquent le courant maximal disponible dans un cycle de courant. ta droite portant 11 indication fusible de protection, illustre la différence entre le courant que laisse passer un fusible de protection avec un courant disponible de 10 000 ampères et celui que laisse passer un fusible ordinaire pour un courant disponible de 10 O00 ampères. On voit que, dansa le cas des 10 000 ampères de courant disponible, le fusible de protection laisse passer environ 280 ampères avec d'ouvrir le circuit0 Toutefois, dans le cas dtun fusible ordinaire, celui-ci laisse passer le courant maximal, soit 10 000 ampères, avant la coupure du circuit. Cette Figure 9 illustre les avantages de l1utilisation d'un fusible limiteur d'intensité pour protéger le connecteur, par rapport à l1usage dtun fusible ordinaire. On se référera maintenant à la Figure 5 qui représente la manière d'utiliser deux connecteurs interchangeables, réalisés selon l'invention, pour connecter un transformateur 90 en circuit avec un cible à haute tension 18. Le transformateur 90 comprend une cuve 92 contenant une huile diélectrique 94 dans laquelle est imnergé un ensemble noyau-bobine 96. Cet ensemble 96 comprend un noyau magnétique auquel sont accouplés par induction un enroulement à haute tension 97 et un enroulement à basse tension 98. L'enroulement à haute tension 97 est connecté en série avec le câble à haute tension 18 au moyen de deux connecteurs du type à fiche selon la description ci-dessus en référence aux Figures 1 et 2. Les enroulement à basse tension du transforma- teur sont connectés à trois bornes basse tension. La Figure 5 illustre seulement un type de connexion de circuit utilisant les connecteurs de l'inventionC On remarquera que ces connecteurs peuvent être également utilisés dans dtautres circuits, tels que les circuits du type direct et du type radial. La Figure 4 représente une seconde forme de réalisation de l'inven- tion. La principale différence résidant dans le fait que les deux sections, prise fixe et prise à fiche du connecteur, sont mutuellement en alignement, mais par ailleurs le connecteur de la Figure 4 est essentiellement identique à celui représenté aux Figures 1 et 2. Une différence existant entre le connecteur de la Figure 4 et celui des Figures et 2 réside dans le fait que, dans le cas du connecteur de la Figure 4, pour remplacer le fusible 26,par un fusible neuf, il est nécessaire de retirer la prise à fiche 10 de la prise fixe, ainsi que le contact électrique de la prise 10. La Figure 6 est une vue en plan du collier 40, montrant convent ce collier peut être ajusté à des connecteurs de différentes dimensions, au moyen d'un boulon 99 et d'un ressort compressible 100. De la précédente description, en référence aux dessins annexés, il ressort que la présente invention offre un connecteur du type à prise perfectionné pour connecter un câble à haute tension en circuit avec une charge. connecteur permettant, lorsqu'on tente d'introduire la partie à fiche dans la partie fixe du connecteur, au cours d'un défaut sur le réseau, d'effectuer rapidement la connexion en raison du Jeu entre la dimension extérieure de la prise fixe et le dimension intérieure de la cavité de la prise à fiche; et dans lequel la prise à fiche peut castre verrouillée à la prise fixe du connecteur. En cas de persistance d'un arc, après mise en place de la prise à fiche dzs la prise fixe, le fusible de protection saute avant le dégagement d'une quantité de gaz suffisante pour détruire le connecteur. Ce fusible assure 1 'ouver- ture du circuit permettant d' interrompre la connexion et d'éliminer l'anomalie, le remplacement du fusible et la connexion à nouveau du circuit, sans destruction du connecteur, ni dommage au personnel d'entretien. Ce type de fonctionnement n'est pas possible avec les connecteurs antérieurs qui exigent un contact intime et de préférence un ajustage a frot tement entre la prise fixe et la prise à fiche. Le frottement causé par cet ajustage serré entrave le mouvement de fermeture des contacts, d'où augmen tation des risques d'occurence d'un arc destructeur. De plus, cette destruction ntest pas empeXchée par le montage d'un fusible ordinaire en série avec le câble et la prise à fiche, car ce fusible est si lent que l'action destructrice est complète avant que ce dernier ne saute. REVENDICATIONS 1. Connecteur pour circuit à haute tension comprenant une prise à fiche et une prise fixe, cette dernière comprenant une partie igolante dépassante renfermant un contact électrique, la prise à fiche présentant une partie isolante creuse renfermant un contact électrique, le diamètre intérieur de cette partie creuse étant supérieur au diamètre extérieur de la partie dépassante de la prise fixe afin de permettre de placer rapidement cette partie creuse de la prise à fiche sur la partie dépassante de la prise fixe avec un certain jeu pour assurer la rapidité de la connexion électrique entre le contact de la prise fixe et celui de la partie creuse de la prise à fiche. 2. Connecteur selon la revendication t, caractérisé par le fait que la partie creuse de la prise à fiche est pourvue d'une pince à action rapide pour fixer fortement la surface interne de la partie creuse de la prise à fiche sur la surface extérieure de la partie dépassante de la prise fixe. 3. Connecteur selon la revendication 2, comprenant des moyens pour maintenir solidement la prise à fiche en relation de fermeture de circuit avec la prise fixe. 4. Connecteur selon la revendication 1, comprenant un contact pour relier un câble à haute tension à la prise à fiche, et un fusible limiteur d'intensité monté entre ce contact de connexion au câble haute tension et le contact électrique monté dans la partie creuse de la prise à fiche. 5. Connecteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'une douille de fusible est fixée au contact électrique monté dans la partie creuse de la prise à fiche afin de maintenir un fusible qui assure la connexion entre le contact électrique de connexion au câble à haute tension et le contact électrique logé à l'intérieur de la partie creuse de la prise à fiche. 6. Connecteur électrique selon la revendication 5, comprenant des moyens connectés à ce fusible et dépassant extérieurement de la prise à fiche pour permettre le retrait du fusible limiteur d'intensité. 7. Connecteur selon la revendication t, caractérisé par le fait que le contact électrique monté dans la partie dépassante de cette seconde prise assure un contact élastique avec le contact monté dans la partie creuse de la prise à fiche.