Brevet FR2303814A1 — publié le 19761008

L'invention concerne une pièce en matériau isolant située dans un interrupteur à haute tension, en particulier dans un disjoncteur à gaz comprimé, et exposée à l'action d'arcs électriques. Les pièces en matériau isolant de ce genre sont soumises à des contraintes importantes : - contraintes mécaniques : en tant que buse de soufflage mobile, ces pièces doivent résister, par exemple, aux accélérations et ralentissements brusques lors des manoeuvres ; - contraintes thermiques encore plus critiques dues à l'influence directe de l'arc ; - contraintes électriques du champ, generalement assez bien maîtrisées ; - contraintes chimiques, créées par la dissociation des gaz et/ou les produits de décomposition qui1 eux-mFmes, sont dûs aux arcs apparaissant dans un disjoncteur à haute tensioXl. On comprend de ce fait la raison pour laquelle la littérature propose toujours de nouveaux matériaux et de nouvelles formes pour ces pièces en matériau isolant. Les solutions déjà connues, y compris les propositions qui n'appartiennent pas encore à la technique actuelle, et leurs inconvénients peuvent être résumés comme suit : 1.1 pièces en résine de coulée sans matière de remplissage et sans matière de renforcement : utilisation restreinte, car la résistance mécanique est trop faible, la résistance thermique insuffisante entraîne l'effritement et l'usure (carbonisation) de la surface, et les frais de fabrication sont trop élevés ; 1.2. pièces en résine de coulée dont la quantité est réduite par une matière de remplissage : fabrication moins conteuse, nais résistance necanique en partie insuffisante, choix critique de la matière de remplissage, tendance à la porosité, et en règle générale rEmes inconvénients qu'en II. ; 1.3 pièces en résine synthétique renforcée par des fibres de verre : frais de fabrication généralement élevés à cause du verre spécial nécessaire pour assurer une bonne résistance aux contraintes chimiques crées par les gaz dissociés etXou les produits de décomposition qui constituent un phénomène consécutif à l'arc ; les inconvénients indiqués en 1.1 ne sont éliminés qu'en partie ; 2.1 pièces en matière synthétique à haute résistance thermique : ces pièces, généralement en polytétrafluoréthylène, ne peuvent être fabriquées que par frittage et non par coulée1 notamment coulée sous vide ; elles ne sont par suite pas exemptes de porosités et d'inclusions de gaz ; lors de contraintes thermiques extrêmes, le gaz se trouvant dans les pores est chauffé de telle sorte qu'il peut entraîner la détérioration par explosion de la pièce ; d'autre part, la fabrication de pièces par frittage est très délicate, notamment pour des pièces de forme et les frais de fabrication sont très élevés. 2.2 pièces analogues a 2.1 mais pourvues, aux endroits à plus fortes contraintes thermiques, d'orifices de sortie (fentes, pores, structures perméables) pour l'échappement des gaz lors d'une contrainte thermique ; des exemples de pièces de ce genre Sont donnés dans les demandes de brevets allemends, mises au public sous les n 2.319.932 et 2.324.125 ; les orifices de sortie pour ces éléments fabriqués par frittage ne suppriment cenpendant pas les inclusions de gaz et n'en éliminent les consénuences que partiellement ; les frais de fabrication de ces pièces sont encore plus élevés que ccux des pièces citees en 2.1. Le but de llinvention est de réaliser une pièce en natériau isolant située dans un interrupteur, en particulier à Zaz comprimé, et exposée aux contraintes arc, qui élimine au maximum les inconvénients précités. L'invention propose, à cet effet, une pièce en materiau isolant, caractérisée en ce qu'elle est essentiellement constituée d'un copolymère modifié de tetra- fluoréthylène et d'éthylène, la teneur en tétrafluoréthylène représentant au moins cwnx Le copolvmère en question peut être travaille comme une matière thermo plastique, c'est-à-dire qu'il convient à la coulée, notamment à. la coulée sous vide, éliminant ainsi toute inclusion de gaz. Le copolymère convient également aux procédés de coulée continue ou d' extrusion, ce qui permet à un coût relativement faible, la fabrication de toutes sortes d'éléments et de seni-produits de n'importe nielle forne.Ce copolymère est compatible avec toute une serie de matières de remplissage et/ou de matières de renforcement, ce qui donne ainsi au constructeur la possibilité de réduire au maximum les dimensions des pièces sans craindre un comportement inattendu en présence des arcs, crainte conduisant énéralement à des surdimensionnements. Le corindon ( a-A1203) convient particulièrement bien comme matière de remplissage pour un disjoucteur à gaz comprimé utilisant de l'hexafluorure de souffre comme agent d'axtinction ; la @atière de renforcement peut être avantareusement constituée ar des fibres de verre d'aluminate de calcium. @our les disjoncteurs à huile, on eut prévoir comme matière de renforcement des fibres d'alcool polyvinyli@ue. Un produit conmereial correspoadant au c@@@lymère @tilisé dans la présente invention est, par exemple, le copolymère fluoré vendu sous la marque déposée "TFFZEL" par la société nu Pont de Nemours. Une description de ce matériau du commerce est donnée par exemple dans la notice APD-104, publiée par Du Pont de Nemours International S.A. de Genève. Le ploymère fluoré "TEFZEL" est un thermoplastique à haute résistance thermique. Il convient pour la fabrication de parties coulées par injection, d'isolants électriques et de produits d'extrusion exipeant une bonne résistance mécanique, une grande inertie chimique et de très honnes caractéristiques électriques. Des exemples d'application de l'invention vont être décrits à l'aide de la figure ci-jointe rui représente un disjoncteur à gaz cosiprimé utilisant de l'bexafluorure de soufre corne gaz d'extinction. Une description succincte de la structure et du fonctionnement du disjoncteur 10 représenté paraIt ici suffisante. Le disjoncteur comporte une gaine métallique Il mise a la terre, renfermant d'une part un ensemble de pieces de contact fixes 12, 13 et d'autre part un ensemble de pièces de contact mobiles 14, 15, 16 et 17. La pièce de contact 13 entre en contact avec la pièce de contact 17, assurant ainsi le passage du courant nominal. Les autres pièces de contact font partie intégrante d'un dispositif de coupure qui ne commence à s'ouvrin que lorsque les pièces de contact 13 et 17 se sont déj séparées.L'extinction de l'arc se produisant lors de la séparation des contacts 15 et 16 du dispositif de coupure est assurée par une buse de soufflage 18 et son canal annulaire 19. Pli côté de l'entrée, le canal 19 comiunioue avec le compartinent de soufflage 20 d'un cylindre de soufflage 21 en matière isolante. Celui-ci est suspendu à des nièces de contact fixes. Un piston de souffla@e 22 pouvant se dénlacer dans le sens longitudinal à l'intérieur du cylindre de soufflage, suit les mouvements des nièce de contact 17 et 16. Le piston de souffla@e 22 de ce type de disjoucteur est également une pièce en matière isolante.L'autre extrémité du cylindre de soufflage 21 est maintemme par l'extrémité supérieure 23, en forme de bride, d'un manchon fixe 24 de tube de contaet. La bride 23 est pourvue d'un clapet anti-retour 25, dont la fermeture s'effectue dans le compartiment de soufflage 20. Parmi les pièces décrites, les éléments 21, 22 et notamment la buse de soufflage 1@ sont des pièces en matière isolante réalisées seion l'invention. la buse de soufflarge 18 est l'élément de @lus exposé aux contraintes thermiques, tandis que de cylindre de soufflage 21 et le piston 22 y sont beaucoup moins soumis. Par contre, toutes les pièces mentionnées su@issent l'attaque chimique des @roduits de décomposition résultaut de l'action de l'are. @icn @uteudu, le montage de @ièces réalisdes selon l'invention @'est pas limit au type de dis@oneteur à @@z comprin@ d@crit plus hant. Au contraire, ces pièces penvent être utilisées dans des types d'interrupteurs quelconcues, @ compris des parafoudres, -dans les@nels Peut se nrodiiire un arc. REVENDICATIONS 1/ Pièce en matériau isolant d'interrupteur à à haute tension, en particulier a gaz comprimé, exposée a l'action d'arcs électriques, caractérisée par le fait qu'elle est essentiellement constituée d'un copolymère modifié de tetra- fluoréthylêne et d'éthylène, avec une teneur en tétrafluoréthvlène d'au moins 60%. 2/ rièce selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la teneur en tétrafluoréthylène est de 75% environ. 3/ pièce selon la revendication I ou 2, caractérisée par le fait que la quantité de copolymère est réduite par une matière de remplissage, en particulier par du corindon. 4/ Pièce selon la revendication I ou 2, caractérisée par le fait que le copo i'rmère est renforcé par des fibres. 5/ pièce selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les fibres sont des fibres de verre. 6/ Pièce selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le copolymère a été maronné de façon thermoplastique. 7/ Pièce selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la forme de l'élément constitutif a été obtenue par coulée du copolymère. 8/ Pièce selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la coulée a été effectuée sous vide. 9/ Pièce selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la forme de l'élément constitutif a été obtenue par extrusion de copolymère.