Brevet FR2341927A1 — publié le 19770916

La présente invention concerne des isolateurs électriques des-r.es r subir des charges de traction, par exemple du type utilis dan les haubans de pylônes d'antenne d'émission radio. Pour les émetteurs sur moyenne fréquence et basse fréquence utilisés en radiodiffusion, il est courant d'utiliser un pylône d'émission isolé de la terre et soutenu par des haubans en acier. On adopte des agencements analogues pour les émetteurs des systomes de navigation et de communication à basse fréquence et très basse fréquence. Les haubans de tels pylônes d'antenne doivent à la fois supporter des charges de traction notables et comporter un bon isolant électrique. La tension appliquée à un pylône d' antenne d'émission peut fort bien être de l'ordre de quelques dizaines de kilovolts. I1 est nécessaire de limiter les fuites subies par les isolateurs de haubans pour éviter des pertes d'énergie ; il faut aussi que la capacité électrique soit faible et les pertes diélectriques, réduites.Plus particulièrement, il est nécessaire que l'isolateur puisse supporter de fortes tensions induites telles que pouvant résulter de coups de foudre et que, si un arc jaillit le long de l'isolateur, le trajet qu'il emprunte soit assez long pour éviter l'apparition d'un arc de force dans l'émetteur. Les isolateurs de haubans d'antenne doivent toutefois avoir la résistance mécanique voulue. On le salit, on utilise largement, pour réaliser de tels isolateurs, des matières du type porcelaIne, pour leurs propriétés électriques. Toutefois, la porcelaine n'a, sous charge de traction, qu'une résistance mécanique limitée et, pour des raisons de sécurité, il est bon de prendre des précautions de nature à éviter une rupture mécanique totale Si la porcelaine vient à casser. La présente invention a entre autres pour but de proposer un isolateur électrique perfectionné, apte à résister à des charges mécaniques de traction. Un isolateur selon l'invention comprend un premier et un second organes en métal, une calotte métallique solidaire ou so- lidarisée dudit premier organe de façon que celui-ci parte axialement vers l'extérieur à partir du fond de la-calotte, une couronne métallique annulaire fixée à la calotte et qui s'étend vers l'intérieur à partir de l'embouchure de celle-ci,une tige métallique solidaire ou solidarisée dudit second organe de façon à partir axialement de ce dernier,cette tige pénétrant axialement dans la calotte et présentant, sur son extrémité intérieure à la calotte, un organe métallique dépassant radialement vers l'extérieur qui forme une tête de diamètre supérieur au diamètre intérieur de ladite couronne, un élément électriquement isolant cylindrique ou tronconique, interposé entre ladite couronne et ladite tête, auxquelles il est fixé de façon que ses tranches portent contre des facettes radiales de la couronne et de la tête, la cavité définie par la calotte et par la couronne autour de la tete et de l'élé- ment isolant, ou de la partie de cet élément intérieure à la calotte, étant remplie d'un diélectrique liquide, par exemple huile électriquement isolante. Ce type d'isolateur est destiné à supporter des efforts de traction appliqués entre les premier et second organes, qui peuvent par exemple être incorporés à un hauban de pylône d'antenne d'émission. Les premier et second organes constituent de préférence des organes de raccordement ; typiquement, ces organes de raccordement sont, l'un, un oeillet et, l'autre, une chape, mais ils peuvent aussi avoir d'autres structures connues. L'élément électriquement isolant, typiquement en porcelaine ou céramique, est sous compression entre la couronne et la tête et est situé dans la calotte pour être protégé des agents extérieurs. L'élément isolant est sous compression mais, même s'il cède complètement, la tête demeure dans la calotte du fait que son diamètre est supérieur à celui de l'ouverture de la couronne.L'élément isolant peut être un élément cylindrique, par exemple manchon en porcelaine, mais dans certains cas il est préférable qu'il soit tronconique. I1 peut être fixé à la couronne et à la tête par du ciment, de la résine époxyde ou un autre adhésif. Avec cette structure, la tête est fixée à la tige métallique, elle-même solidaire ou solidarisée dudit second organe ; tous ces organes étant métalliques et étant en contact, ils sont au même potentiel. Le premier organe précité est solidaire ou solidarisé de la calotte, elle-même en contact électrique avec la couronne, de sorte que ces organes sont au même potentiel. L'huile qui remplit la calotte peut supporter un haut gradient de potentiel existant éventuellement entre la calotte et la tête. Si l'on adopte une structure simple dans laquelle la tige précitée traverse le trou de la couronne sans isolant intermédiaire, le trajet d'arcs le plus court peut être situé entre la tige et la couronne, ou éventuellement, entre la couronne et ledit second organe.On donne donc à ltélémerst isolant les dimensions voulues pour que les distances séparant ces organes soient suffisantes. Toutefois, pour que l'Isolateur puisse supporter une plus forte tension, on peut entourer le tronçon de la tige, situé entre la couronne et ledit second organe, d'un autre élément isolant, cylindrique, par exemple tube e porcelaine, scellé à la couronne ainsi qu 'au second organe. Dans ce cas, tout l'intérieur de ce cylindre isolant et de l'élément isolant situé dans la calotte peut être rempli de diélectrique liquide. Ce cylindre isolant supplémentaire peut être solidaire de l'élément isolant précité. Dans un autre agencement, un manchon isolant, par exemple en porcelaine ou alumine, peut entourer étroitement ladite tige. Dans ce cas, la face intérieure de ce manchon est de préférence métallisée. Ce manchon peut être solidaire de l'élément isolant interposé entre la couronne et la tête ; dans ce cas, l'ensemble manchon-élément isolant a avantageusement la forme voulue pour définir un redan ou autre facette radiale destinée à porter contre une facette radiale de la couronne, ce qui assure la transmission des efforts de compression à travers la partie du manchon isolant interposée entre la couronne et la tête. De préférence, on prévoit dans la, ou chaque cavité fermée contenant du diélectrique liquide, un moyen propre à absorber la dilatation du diélectrique liquIde, par exemple éponge à cellules fermées. Dans une structure où la tige est recouverue par un élément isolant, un anneau de garde tronconique, en métal, peut entourer la partie de l'élément isolant située à ltextremité sous tension la plus faible, l'anneau tronconique étant en contact électrique, par sa petite base, avec la structure métallique, au-delà de 1' extrémité de l'isolant. Un anneau à effet corona peut entourer la structure métallique à l'extrémité sous haute tension de cette partie exposée de l'isolant. Les figures 1, 2 et 3 sont des vues en coupe axiale de trois réalisations d'isolateur électrique destiné à subir des efforts mécaniques de traction. Sur la figure 1, on voit un premier organe de raccordement, supérieur, 10, constituant une chape dont l'anse est taraudée axialement comme indiqué en 11. Cet organe est en acier et est fi xé axialement sur la base d'une calotte en acier 12, par un boulon 13 dont la tête 14 est située dans la calotte et hermétiquement appliquée contre le fond de la calotte.La calotte présente une paroi 15, de forme générale cylindrique, dont l'extrémité exté- rieure présente un taraudage, indiqué en 16, destiné à recevoir une couronne en acier moulé 17, présentant un rebord 18, dirigé vers l'intérieur, qui définit un trou circulaire à l'extrcmitP inférieure de la calotte. Ce trou est traversé axialement par une tge d'acier 19, dont une extrémité est vissée dans un second organe de raccordement 20, en acier, qui est typiquement un oeillet. Cet organe de raccordement 20 est situé hors de la calotte et la tige en acier 19 pénètre axialement dans celle-ci et se vIsse dans un autre organe en acier moulé 21, qui forge sur l'extrémité de la tige une tête dépassant radialement vers l'extérieur. Cette tête à un diamètre supérieur à celui du trou défini par le rebord 18. Entre la couronne 17 et la tête 21 s'étend un manchon cylindrique 22, en porcelaine, fixé par du ciment céramique ou de la résine époxyde, en 23 et 241 à la couronne et à la tête, de manière étanche à l'huile.Comme on le voit clairement sur la figure 2, le rebord 18 de la couronne 17 présente une facette radiale 25, appliquée et scellée contre une trnvhe du manchon en porcelaine 22, et l'autre pièce moulée ou tête 21 présente une facette radiale 26 qui est appliquée et scellée contre la seconde tranche du manchon 22. Le manchon 22 et la tête 21 définissent ensemble dans la calotte 12, la surface intérieure d'une cavité 27 dont la surface extérieure est définie par la paroi cylindrique 15, par le fond de la calotte 12 et par la tête 14 du boulon 13 précité. Cette cavité 27 est remplie d'un diélectrique liquide, par exemple huile pour transformateurs.Pour absorber les dilatations subies par l'huile quand la température s'élève, on ménage dans la tête 21 un logement qu'on remplit d'une mousse de "Néo -prène" 28 à cellules fermées, maintenue en place par un plaque d'acier perforée 29 recouvrant le logement. Normalement, quand l'isolateur repu sente sur la figure 1 est en service, l'organe 10 est situé en haut etl'organe 20 en bas. Quand ces deux organes subissent une charge de traction axiale,le manchon en porcelaine 22 est sous compression. On notera toutefois que la structure comporte une mesure de sécurité en ce sens que, même si le manchon 22 casse, la tête formée par la pièce 21 située dans la calotte ne peut s'échapper par le trou du rebord 18 de la couronne 17, parce que son diamètre est supérieur à celui de ce trou. Ainsi, même si l'isolant casse pour quelque raison, la struo ture comportant l'assemblage d'isolateur demeure mécaniquement sûre. Un isolateur tel que représenté sur la figure 1 sert typi quement dans un hauban pour pylône d'antenne d'émission radio. TJn tel mât peut être sous tension très forte, de l'ordre de plusieurs dizaines de kilovolts, de sorte que l'extrémité supérieure de l'isolateur et de la calotte peut être sous cette très forte tension, l'extrémité inférieure pouvant être mise à la terre. L'extrémité inférieure est électriquement reliée, par la tige 19 précitée, à la tête formée par la pièce 21 dans la calotte. Tou- tefois, le diéleetrique liquide présent das la cavité 27 peut supporter un gradient de tension très accusé. Dans la structure représentée, si la tension vient à monter (par exemple en cas de coup de foudre) au poInt qu'un arc jaillisse, le trajet de cet arc ne traverse pas le diélectrique liquide, mais passe entre 1' organe de raccordement inférieur 20 et le rebord 18 de la couronne 17, comme indiqué par ume double flèche en 32.On donne donc à ce trajet une longueur suffisante pour assurer la résistance à toute tension prévisible ; autrement dit, on donne à la tige 19, entre 'embouchure de la calotte et l'organe de raccordement 20, une longueur suffisante pour obtenir une longueur de trajet d'arc adéquate. Tout arc ou effet corona peut produire du gaz ionisé et, pour empêcher ce gaz de pénétrer dans ia calotte, quand celle-ci est dirigée vers le bas comme dans l'exemple illustré, il peut être souhaitable de fermer le débouché de la calotte comme indiqué en traits interronpus en 30. On peut assurer cette fermeture à l'aide d'une feuille souple de matière plastique. Dans certains cas, en vue dtaugmenter la longueur du trajet couvert par cette matière en feuille et donc de réduire le gradient de tension subi par cette matière, il peut être préférable d'interposer la feuille sous la forme d'un cône allant de la couronne à l'extrémité intérieure de la tête 21, par exemple comme indiqué en traits interrompus en 31. La figure 2 illustre une variante d'isolateur particulièrement conçu pour de très fortes tensions. Dans la partie gauche de la figure 2, la structure est dans l'ensemble la même que dans la partie gauche de la figure 1 mais, dans ce cas particulier, il s' agit de l'extrémité inférieure de l'isolateur et l'organe de rac cordement forme un oeillet 35 boulonné sur le fond d'une calotte métallique 36. Le débouché de la calotte est taraudé comme indique en 37 sur la figure 2 pour recevoir une couronne en acier moulé 38 qui, dans cet exemple, s'étend en biais vers l'axe et vers 1' intérieur pour accroître la longueur de l'assemblage.Cette couronne 38 présente un rebord 39, dirigé vers l'intérieur, contre la face intérieure duquel porte une extrémité d'un élément isolant tronconique 40, en porcelaine ou céramique. Cet élément isolant 40 correspond à l'élément 22 représenté sur la figure 1, mais est tronconique et non cylindrique. On pourrait aussi prévoir un élément isolant tronconique dans le cas de la figure 1. L'élément 40 est scellé par son autre extrémité sur une seconde pièce en acier moulé 41, présentant en 42 un taraudage de réception d'une tige en acier 43. La pièce 41 forme, à l'extrémité de la tige 43, une tête de diamètre supérieur à celui du trou de la couronne 38. La cavité 44 définie intérieurement, dans la calotte 36, par l'élément iso lant 40 et la tête 41, est remplie de diélectrique liquide.Une éponge 45, en éoprène à cellules fermées, et fixée par un capuchon métallique perforé 46, sur la tête 41, dans cette région close, pour absorber les dilatations du diélectrique liquide, qui est typiquement de l'huile pour transformateurs. La tige 43 de l'isolateur montré sur la figure 2 est plus longue que la tige 19 (figure 1), pour espacer davantage les deux organes de raccordement de l'assemblage d'isolateur. A son sommet, la tige 43 est filetée et fixée par un écrou 44 dans un trou d'un organe en acier moulé 45, solidaire d'une chape 46 et qui constitue organe de raccordement. Un joint d'étanchéité 47 en "Néo -prène" et une rondelle Belleville 48 entourent la tige au-dessous de 11 écrou. Un tube en porcelaine 50 entoure la tige 43 entre la couronne 38 précitée et la tête en acier 41. L'écrou 44 et la rondelle 48 permettent de serrer l'assemblage de irjanière à immobiliser fermement le tube en porcelaine 50.Les extrémités du tube 50 sont respectivement soudées à la couronne 38 et à l'organe 45 à l'aide de ciment céramique ou de résine époxyde de façon que l1assembla- ge soit étanche au liquide. En variante, on peut utiliser un presse-étoupe assurant l'étanchéité sous pression. La région annulaire définie entre la tige 43 et le tube 50, qui débouche dans la région annulaire intérieure à élément isolant 40, e-t replie d'un diélectrique liquide 51. Pour permettre la dilatation de ce diélectrique, il est prévu à l'extrémité inferieure du tube une éponge en "Néoprène11 52, à cel3ules fermées, recouverte d'un capuchon métallique perforé 53. Un anneau à effet corona 54 est prévu sur la couronne 38, c'est-à-dire à ltextrémité sous haute tension du tube en porcelaine 50. A l'extrémité sous basse tension du tube 50, il est prévu un anneau de garde 55, en métal en feuilles, électriquement relié à l'organe de raccordement inférieur 46, et dont la partie divergente s'étend sur un tronçon du tube 50, dont elle s'écarte progressivement d'une manière connue pour un tel anneau de garde. Cet anneau de garde 55 protège en outre de la pluie l'extrémité supérieure du tube 50. Le mode d'utilisation est le même pour l'assemblage repré sente sur la figure 2 que pour celui décrit à propos de la figure 1. C'est la structure métallique 35, 36, 38, 40, 43 et 46 qui assure la résistance mécanique, sauf dans la mesure où l'élément isolant tronconique 40, en porcelaine, est sous compression. hême en cas de rupture de cet élément isolant 40, les pièces de l'as- semblage demeurent solidaires parce que la tête intérieure en acier 41 a un diamètre supérieur à celui du trou central de la couronne 38. Le diélectrique liquide, présent dans la cavité 44 de la calotte et dans le tube de porcelaine 50 est apte à résister à de fortes charges électriques.Dans l'air ambiant, le gradient de potentiel s'étend entre ,'anneau de garde 55 et l'anneau à effet corona 54, auxquels on peut aisément donner un espacement suffisant pour que l'isolateur supporte toute tension à prévoir. La figure 3 illustre une modification apportée à la structure représentée sur la figure 2. On ne décrira que les aspects par lesquels la structure montrée sur la figure 3 différe de celle pré cédemmert décrite. Sur la figure 3, l'extrémité supérieure de l'isolateur est située à gauche ; elle est munie d'un organe de raccordement 60 formé d'une chape en acier fixée dans la base d'une calotte 61, dans l'ensemble semblable à la calotte 36 (figure 2). Parce que la calotte est située en haut, on lui fixe un pare-pluie 62, en métal en feuilles, qui forme un anneau de garde répartissant le gradient de potentiel. A la base, l'isolateur présente un oeillet en acier 64, fixé sur une extrémité d'une tige en acier 65, qui pénètre axialement dans la calotte 61 et est fixée dans celle-ci à une pièce moulée 66 formant une tête sur une extrémité de la tige. L'oeillet 64 porte un anneau à effet corona 67. Dans l'agencement représenté sur la figure 3, un manchon 68, en porcelaine ou alumine, est enfilé sans jeu sur la tige 66. La face intérieure du manchon 68 est métallisée pour que la distribution de potentiel y soit uniforme. Ce manchon 68 assume en combinaison les fonctions du tube 50 et de l'élément' isolant 40 représentés sur la figure 2. Son extrémité supérieure porte contre la tête 66, à laquelle elle est fixée. Un redan 70, dirigé vers le bas sur le manchon, porte contre la face supérieure d'un rebord dirigé vers l'intérieur 71, formé sur une couronne 72 coiffant le débouché de la calotte 61. Cette calotte est remplie de diélectrique liquide indiqué en 731 dont la dilatation est permise par une éponge 74 en "Néoprène", à cellules fermées, maintenue en place sur la tête 66 par un capuchon perforé 75 en acier. Le mode d'utilisation et de fonctionnement de l'isolateur représenté sur la figure 3 est analogue à celui de l'isolateur décrit à propos de la figure 2. Toutefois, dans la structure montrée sur la figure 3, au lieu d'entourer la tige en acier de diélectrique, on utilise le pouvoir isolant du manchon solide 68, en porcelaine ou alumine. REVENDICATIONS 1. Isolateur électrique destiné à subir des charges de traction, caractérisé en ce qu'il comprend un premier et un second organes en métal, une calotte métallique solidaire ou solidarisée dudit prerier organe de façon que celui-ci s'étendue axialement vers l'extérieur à partir du fond de la calotte, une couronne métallique annulaire fixée à la calotte et qui s'étend vers l'-nté- rieur à partir de l'embouchure de celle-ci, une tige métallique solidaire ou solidarisée dudit second organe de façon à partir axialement de ce dernier, cette tige pénétrant axialement dans 1 calotte et présentant, sur son extrémité intérieure à la calotte un organe métallique dépassant radialement vers l'extérieur qui forme une tête de diamètre supérieur au diamètre intérieur de ladite couronne, un élément électriquement isolant cylindrique ou tronconique interposé entre ladite couronne et ladite tête, auxquelles il est fixé de façon que ses tranches portent contre des facettes radiales de la couronne et de la tête, la cavité définie par la calotte et par la couronne autour de la tête et de l'élément isolant, ou de la partie de cet élément intérieure à la calotte, étant remplie d'un diélectrique liquide, par exemple huile électriquement isolante. 2. isolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte un premier et un secpnd organes de raccordement. 3. Isolateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tronçon de la tige situé entre la couronne et ledit second organe est entouré par un cylindre isolant scellé sur la couronne et aussi sur ledit second organe, et en ce que la région située à l'intérieur de ce cylindre isolant et de l'élément isolant contenu dans la calotte est complètement remplie d'un diélectrique liquide. 4. Isolateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, en variante, un manchon isolant entoure sans jeu ladite tige 5. Isolateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le manchon et la couronne définissent des facettes radiales portant deux à deux l'une contre l'autre pour transmettre des efforts de compression à travers la partie du manchon isolant interposée entre la couronne et la tête. 6. Isolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige est recouverue d'isolant électrique, en ce qu'un anneau de garde tronconique entoure la partie de l'isolateur située i 1' extrémité sous basse tension, et en ce que la petite base de 1' anneau tronconique est électriquement reliée à la structure métal- lique au-delà de l'extrémité de 1 t isolant. 7. Isolateur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' un anneau à effet corona entoure l'extrémité SOUE haute tension de l'isolant. 8. Isolateur selon und quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans la ou chaque cavité fermée contenant du diélectrique ue liquide, il est prévu un moyen destiné à absorber la @ilatation du diélectrique liquide.