Brevet FR2098234A1 — publié le 19720310

2481i 1 2098234 l'invention se rapporte aux isolateurs pour liaute tension et concerne particulièrement l'établissement d'une capacité de répartition du potentiel en conjonction avec des isolateurs pour haute tension. "Elle est applicable, entre autres, aux colonnes de support isolantes pour haute tension et aux interrupteurs à soufflage de gaz, à faible volume d'huile ou sous vide dans des disjoncteurs modulaires à coupures multiples pour des circuits à haute tension. Un disjoncteur modulaire est un disjoncteur composé d'un certain nombre d'unités semblables. Un but de l'invention est de permettre l'établissement d'un interrupteur à capacité en dérivation sur la coupure d'interruption sous forme plus avantageuse que l'ensemble à condensateur séparé qui est habituellement prévu pour améliorer la répartition du potentiel entre deux ou plusieurs coupures reliées en série, pendant l'ouverture ou en position d'ouverture complète» Selon un aspect de l'invention, on établit un isolateur pour haute tension avec capacité de répartition de potentiel, constitué par une couche d'une matière à pouvoir inducteur spécifique élevé (appelé aussi permittivité) sur une surface de l'isolateur. Un exemple d'une telle matière de capacité est le titanate de baryum. Une telle couche de capacité peut être prévue le long d'une partie au moins de la longueur d'une colonne de support isolante ou d'une enveloppe isolante d'une coupure d'interruption d'un interrupteur électrique et reliée électriquement en parallèle à la colonne support ou à la coupure d'interruption selon le cas. L'invention peut être appliquée de façon très efficace à un tel interrupteur dans lequel l'enveloppe est cylindrique et entoure des conducteurs tubulaires ou en forme de tiges entre les extrémités adjacentes desquels s'effectue la coupure d'interruption. On décrira maintenant, à titre d'exemples, des formes d'exécution de l'invention en référence au dessin annexé dans lequel : la figure 1 est une coupe longitudinale d'un interrupteur à soufflage de gaz pour haute tension qui comprend me coupure d'interruption dans une enveloppe isolante selon l'invention ; et 71 24811 2 2098234 la figure 2 est une coupe longitudinale d'une colonne de support isolante pour haute tension selon l'invention. En référence d'abord à la figure 1, l'interrupteur 2 est représenté comme l'un de deux interrupteurs reliés en série 5 s'étendant dans des sens contraires à partir d'une monture centrale 4 montée sur un isolateur de support 6. L'interrupteur 2 comprend un premier ensemble de contact tubulaire 8 et un second ensemble de contact tabulaire "10 entre les extrémités intérieures adjacentes 8A et 10A desquels s'effectue la coupure 10 d'interruption 12, le dessin montrant l'interrupteur dans son état d'ouverture. Les ensembles de contacts sont logés dans une enveloppe cylindrique 14 en matière isolante, qui peut être de la porcelaine, contenant de l'air conç>rimé comme agent d'isolation et d'extinction de l'arc. L'enveloppe 14 entoure étroi-15 tement les ensembles de contacts 8 et 10. Si on désire une description plus détaillée de la structure et du fonctionnement de l'interrupteur, on se référera à la demande de brevet britannique n° 61237/58 ou à la demande de brevet canadien n° 081164 ou encore à la demande de brevet 20 américain n° 49066. L'interrupteur 2 a une capacité de répartition de potentiel en dérivation sur la coupure d'interruption 12 sous la forme d'une couche 16 de matière à pouvoir inducteur spécifique élevé, par exemple de titanate de baryum, appliquée à la surface 25 interne de l'enveloppe 14. Comme représenté, la couche 16 est d'épaisseur uniforme et elle est appliquée à l'ensemble de la surface intérieure cylindrique de l'enveloppe 14 de façon que les extrémités de la couche soient en contact électrique avec des pièces terminales métalliques 18 et 20, respectivement, qui 30 portent les ensembles de contacts correspondants 8 et 10 : la couche de capacité 16 est ainsi reliée en dérivation sur la coupure d'interruption 12. En variante, une telle couche de capacité pourrait être appliquée à la surface extérieure de l'enveloppe 14. Cependant, on préfère la surface intérieure 25 parce que c'est une surface conditionnée et que le milieu isolant (l'air) à l'intérieur de l'enveloppe est raisonnablement propre et sec tandis qu'avec la surface extérieure en atmosphère normale la couche de capacité pourrait devenir polluée avec diminution résultante de la rigidité diélectrique et éventuel-40 lement de la capacité. 71 24811 5 2098234 Une autre variante, qui semble préférable, est d'établir la couche de capacité sur une partie centrale seulement de la longueur de l'enveloppe 14, avec des connexions métalliques à partir des extrémités "'e la couche jusqu'aux bornes de la 5 coupure (c'est-à-dire des ensembles de contacts 8 et 10). La valeur de capacité requise peut alors être obtenue avec moins de matière à pouvoir inducteur spécifique élevé ou bien on peut obtenir une valeur de capacité plus élevée avec un poids donné de matière. 10 Une autre éventualité consiste à faire varier l'épaisseur de la couche 16 sur la longueur de l'enveloppe 14 pour améliorer la répartition du champ électrique dans l'espace autour de la coupure ouverte 12 et le long de la surface de l'isolation d'enveloppement 14 ou à travers cette isolation» 15 Quand, comme dans 1'interrupteur représenté, l'isolation d'enveloppement est soumise à des contraintes mécaniques, le diamètre de l'isolation d'enveloppement (au lieu d'être généralement uniforme comme représenté) peut varier sur la longueur du cylindre - élargi vers sa mi-longueur dans le cas du diamètre 20 intérieur ou réduit vers la mi-longueur dans le cas du diamètre extérieur - de façon que la masse totale de la matière isolante soit diminuée.Cela peut se faire sans compromettre la résistance mécanique de l'enveloppe parce que les contraintes mécaniques maximales se présentent aux extrémités du cylindre où se font 25 les attaches. La valeur de la capacité en dérivation sur une coupure individuelle quelconque d'une série peut être rendue facilement différente de celle en dérivation sur une autre coupure si nécessaire» 50 A la place, ou en plus, de l'addition de la couche de capacité sur l'enveloppe d'interrupteur 14, on pourrait la prévoir, peut-être plus avantageusement, sur un autre isolateur qui est en parallèle avec l'interrupteur - par exemple sur une enveloppe de résistance, sur un conduit d'air ou sur une envelop-35 pe de barre de commande» De telles dispositions et variantes de capacité sont aussi applicables de façon générale aux interrupteurs à soufflage de gaz utilisant d'autres gaz isolants, aux interrupteurs à faible volume d'huile et aux interrupteurs sous vide, spécialement 40 quand les interrupteurs sont de forme générale cylindrique telle 71 24811 4 2098234 que celle qui a été décrite ci-dessus. Elles sont aussi applicables de façon générale aux colonnes de support isolantes pour haute tension. Une telle colonne de support pourrait comprendre un isolateur solide continu : dans ce cas, elle n'a 5 pas besoin d'être représentée ou décrite en détails, car elle serait de façon générale semblable à l'isolateur 14 (figure 1) mais disposée verticalement»Cependant, une telle colonne de support pourrait être composée de sections isolantes individuelles réunies bout à bout : un exemple de cette construction 10 sera maintenant décrit en référence à la figure 2. La figure 2 donne l'exemple d'une colonne de support isolante pour haute tension faite en deux sections» Les sections comprennent des isolateurs creux cylindriques à jupes 22 qui peuvent être en porcelaine. Les isolateurs sont réunis bout à 15 bout par des brides 24 qui sont cimentées aux extrémités adjacentes des isolateurs et sont boulonnées à une plaque métallique transversale 26. Chaque isolateur 22 porte sur sa surface interne une couche 28 en matière à pouvoir inducteur spécifique élevé. 20 Ces couches de capacité 28 sont reliées en série au moyen de connexions flexibles 30 de l'extrémité de chaque couche à la plaque 26. La longueur de ces connexions est telle qu'elles peuvent être fixées à la plaque de métal avant que les brides 24 soient boulonnées. Des connexions analogues 32 sont établies 25 avec les terminaisons métalliques de la colonne qui sont représentées schématiquement sous forme de plaques métalliques d'extrémité 34 auxquelles sont boulonnées les brides terminales 36, cimentées aux extrémités extérieures des isolateurs 22» Dans certaines circonstances, il peut ne pas être nécessaire d'établir 30 des couches de capacité sur les deux isolateurs j une couche de capacité sur un seul des isolateurs peut être suffisante. La capacité établie par une telle couche ou par de telles couches sur me colonne de support isolante réduit la tendance à une décharge due à la pollution et/ou à la corrosion de la 35 surface extérieure de la colonne. L'impédance de la couche est de préférence choisie pour correspondre à l'impédance calculée de la surface polluée. Avec la couche de capacité composée essentiellement de titanate de baryum (BaTiO^), qui est une matière céramique, m 40 procédé convenable pour appliquer la couche sur la surface d'un 71 24811 5 2098234 isolateur céramique est celle de la projection par plasma ; c'est un procédé connu qui peut produire un revêtement mécaniquement robuste et à faible porosité dans une gamme d'épaisseurs intéressante pour cette application (2,5 mm - 25 mm). Avec 5 l'utilisation de poudre de titanate de baryxim commercialement pure, on a déposé des couches projetées par plasma, robustes et épaisses, qui possèdent une haute permittivité ( ^ 1000), un faible facteur de puissance (- û vité (>10* ohm.cm). Un tel revêtement, par exemple de permit-10 tivité 1000 et d'une épaisseur de 10 mm sur une longueur de 200 mm d'un cylindre de 300 mm de diamètre établit une capacité de 420 pF. Bien que cela ne soit pas essentiel pour l'invention, il est possible d'utiliser aussi beaucoup de compositions modifiées de titanate de baryum (par exemple contenant jusqu'à 15 10 % d'additifs vitreux ou autres), connues dans la littérature et par les spécialistes en technologie céramique pour produire des couches projetées par plasma aux propriétés améliorées, par exemple à permittivité plus élevée ou à stabilité améliorée de la permittivité à la température. 20 Avec la couche de capacité composée d'une matière céra mique telle que celle qui a été mentionnée ici, on peut établir des connexions électriques pour cette couche en appliquant d'abord une couche métallique telle qu'une couche de nickel ou d'un alliage de nickel-chrome. La couche métallique peut être 25 projetée à la flamme ou projetée par plasma sur les extrémités convenablement préparées (par exemple rectifiées) de la couche céramique ; ce procédé utilise une technique de déposition semblable à celle décrite ci-dessus pour la matière céramique elle-même et forme une électrode métallique adhérente robuste 30 sur laquelle on peut faire une connexion métal-métal, par exemple par une liaison convenable par serrage ou pression et/ou soudure métallurgique. D'autres procédés de liaison d'électrodes à la couche céramique, mais qui ne forment pas une liaison aussi forte que le procédé ci-dessus, consistent à appliquer sur la 35 couche céramique une pâte d'argent séchant à l'air ou à déposer sur la couche céramique une couche de nickel ou de cuivre par déposition chimique à partir d'une solution aqueuse convenable. 71 24811 6 2098234 BEVENDICATIONS 1. Isolateur pour haute tension à capacité de répartition de la tension, constitué par une couche d'une matière à pouvoir inducteur spécifique élevé sur une surface de l'isolateur. 2. Isolateur selon la revendication 1, formant une enveloppe isolante d'une coupure d'interruption d'un interrupteur électrique, dans lequel la dite couche de surface est établie le long d'une partie au moins de la longueur de la dite enveloppe et est électriquement reliée en parallèle à la dite coupure. 3. Isolateur selon la revendication 2, dans lequel la coupure d'interruption est déterminée par des extrémités intérieures adjacentes de deux ensembles de contacts tubulaires ou en forme de tiges s'étendant en sens contraires et la dite enveloppe est cylindrique et entoure les ensembles de contacts. 4. Isolateur selon la revendication 3, dans lequel la dite couche est établie seulement sur une partie centrale de la longueur u« l'enveloppe. Isolateur selon la revendication 3 ou la revendication 4-, dans lequel l'épaisseur de la couche varie sur la longueur de l'enveloppe pour améliorer la répartition du champ électrique autour de la coupure d'interruption quand elle est ouverte. 6« Isolateur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5» dans lequel l'épaisseur de la dite enveloppe est diminuée sur la longueur de cette enveloppe à partir de chaque extrémité vers sa mi-longueur. 7» Isolateur selon la revendication "1,formant un isolateur en parallèle avec une coupure d'interruption d'un interrupteur électrique, dans lequel la dite couche de surface est établie sur une partie au moins de la longueur de l'isolateur et est électriquement reliée en parallèle avec la dite coupure. 8. Isolateur selon la revendication 7 relié en parallèle à un isolateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, les couches de capacité sur les deux isolateurs constituant ensemble la capacité de répartition de la tension en dérivation sur la coupure d'interruption. 9« Isolateur selon la revendication 1, formant une colonne de stqpport isolante, dans lequel la dite couche est établie sur une partie au moins de la longueur de la dite colonne et est électriquement reliée en parallèle avec la dite colonne. 71 24811 7 2098234 10o Isolateur selon, la revendication 9, dans lequel la colonne de support se compose de sections d'isolateur individuelles, jointes bout à bout et une telle couche est établie sur une ou plusieurs des sectionso 5 11. Isolateur selon la revendication 9, dans lequel l'im pédance de la couche est telle qu'elle corresponde à l'impédance de la surface extérieure de la dite colonne quand cette dernière surface est polluée» 12. Isolateur selon l'une quelconque des revendications 10 1 à 11, dans lequel la dite couche est établie sur une surface intérieure du dit isolateur» 13» Isolateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la dite matière comprend du titanate de baryum.