Brevet FR2329060A1 — publié le 19770520

La présente invention concerne les isolateurs électriques de haute tension, et concerne en particulier les isolateurs devant présenter également une résistance mécanique élevée. En général, les matériaux isolants ayant de bonnes qualités électriques présentent des qualités mécanique médiocres. L'invention se rapporte en particulier à des isolateurs électri- ques de haute tension dans lesquels les fonctions électriques et mécaniques sont dissociées, de manière à permettre l'utilisation des matériaux les plus appropriés à la réalisation de chaque fonction. De plus, la tension apparaissant aux bornes de chaque élément de l'isolateur demeure à une valeur reltativenent faible. Le dispositif de l'invention est un isolateur de haute tension consistant en au moins -trois éléments métalliques en forme de coquii.le emboîtés coaxialeaent les uns dans les autres et verrouillés ensemble, chaque élément comportant une par- tie conique allant de l'une à l'au-tre de ses extrémités et .s' adaptant étroitenent à l'intérieur ou autour d'un élément adjacent. Un matériau isolant, en une ou plusieurs couches, est in tercalé entre les éléments adjacents. Selon l'invention, les différents éléments sont ondulés dans la direction axiale, avec un pas constant.La taille des parties externes convexes des ondulations de chaque élément augmente dans la direction axiale lorsqu' on se rapproche de la plus grande extrémité, et la taille des parties externes concaves des éléments décrott de façon correspondante lorsqu'on se rapproche de la plus grande extrémité. Tous les éléments autres que les éléments d'extrémité de 1' isolateur se verrouillent sur une partie de leur longueur avec un élément adjacent s'embottant extérieurement, ainsi qu'avec un élément adjacent s'emboitant intérieurement, ce qui assure une transmission directe des effort;s'uécaniques à travers l'élément considéré. D'autres caractéristiques et avantages de lrin- ventioii sont mieux compris a la leotKlre de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une représentation en élévation et en coupe partielle dtun élément destiné à la réalisation d' un isolateur correspondant à l'invention, La figure 2 est une représentation en élévation et en coupe partielle d'un isolateur selon l'invention, réalisé à partir d'éléments du type de celui représenté ur la fiSlre 1, La figure 3 représente schématiquement; l'interaction des différents éléments constituant; l'isolateur de la figure 2. La figure 1 montre un mode de réalisation préféré d'un élément à partir duquel on peut réaliser ilfl isolateur de haute tension. Cet élément est constitué par une coquille métallique 10 dont la forme ressemble à un tronc de cône, et qui est recouverte à l'extérieur d'un matériau isolant approprié 11. L'épaisseur du métal et celle du matériau isolant sont essentiellement constantes dans toutes les régions dans lesquelles les éléments se chevauchent lorsqu'ils sont assemblés. L'extrémité 12 de chaque élément, appelée ci-après extrémité supérieure, présente une longueur circonférentielle inférieure à celle de l'extremité 13, appelée ci-après extrémité inférieure. L'extrémité supérieure peut être ferlée, comme le montrent les dessins, ou ouverte. L'extrémité inférieure est ouverte et possède un rebord extérieur 14, bien que cette caracté- ristique ne soit; pas essentielle. Dans ce mode de réalisation préféré, les ondulations se présentent sous la forme d' une hélice conique à pas constant.Cependant, le rayon des par-ties extéricures 15 croit de façon uniforme lorsqu'on se rapproche du bas de l'élément, et le rayon des parties exterieures concaves 16 décrott de façon correspondante lorsqu'on se rapproche du bas de l'élément. Un matériau isolant approprié est appliqué avant montage sur l'un des côtés des éléments, comme il est représenté en 11 sur la figure 1 . Cependant, l'isolant peut être appliqué des deux côtés si on le désire. Cet isolant peut etre moulé séparément puis introduit entre les éléments métalliques, ou peut être appliqué directe.mnt sur ces éléments. Le matériau isolant ne jouant qu'un r81e mécanique pilleur, il peut être choisi de façon à présenter des propriétés optimales au point de vtie électrique et au point de vue de la résistance aux intempéries. On peut choisir pour cet isolant un matériau approprié quelconque. En utilisant un nombre convenable d'éléments, on peut réaliser des isolateurs correspondant à n'importe quelte tension nominale. La forme des éléments peut être modifiée pour satisfaire à des contraintes particulières, ce qui conduit à plusieurs procédés de mon-tage. Pour le mode de réalisation préféré d'un élément représenté sur la figure 1 , l'isolateur de la figu- re 2 est monté en vissant ensemble le nombre nécessaire le coquilles métalliques et isolantes. Les pièces métalliques d'extrémité 17 et 18 représentées à titre d'exemple sur la figure 2 sont introduites respectivement à l'intérieur de l'élément inférieur et à l'extérieur de l'élément supérieur, après assemblage des différents éléments. Dans ce but, les surfaces adjacentes des éléments et des pièces 17 et 18 présentent une forme correspondante. An peut faire marier d'un grand nombre de façons la forme des éléments, tout en en conservant les caractéristiques essentielles. Par exemple, il n'est pas nécessaire que la périphérie des éléments soit circulaire, les ondulations peuvent Entre annulaires au lieu d'être hélicoïdales et peuvent n'occuper qu' une partie de la périphérie, et au niveau des régions qui ne participent pas à I'embotement des éléments adjacents, les éléments métalliques et les couches d'isolation peuvent présenter des formes variables, Le procédé d'assemblage utilisé dépend de la forme des éléments.Par exemple, dans le cas d'éléments présentant des ondulations annulaires ou discontinues, on peut donner initialement aux éléments une forme leur permettant de s'emboîter à 1' intérieur ou à l'extérieur d'un élément à la forme définitive, compte tenu de l'isolant interposé. L'élément peut ensuite tertre t dilaté ou comprimé jusqu'à sa forme définitive, ce qui le verrouille dans la position qu'il doit occuper. Un isolateur complet peut titre monté en répétant plusieurs fois ce processus. Un élément métallique peut etre constitué par plu-sieurs coquilles plus minces verrouillées les unes aux autres pareillement, l'isolation peut gtre réalisée en plusieurs couches. Il n'est pas nécessaire que les éléments-métalliques constituant l'isolateur soient identiques, pourvu qu'ils puissent ere verrouillés les uns aux autres. La description précédente montre que les parties d'un élément qui se verrouillent avec un élément venant s'emboî- ter à l'extérieur peuvent également se verrouiller directement avec un élément s'embottant à l'intérieur, ce qui assure une transmission directe des efforts mécaniques à travers l'élément considéré. La figure 3 qui représente de façon scheatique une coupe longitudinale de l'isolateur montre que la partie d'un é lérnent qui assure le verrouillage avec les éléments adjacents n' est soumise essentiellement qu'à des forces de compression..Sur cette figure, la référence F représente une partie d1une pièce d'extrémité, et les références 1, 2, 3, etc... représentent des parties d'éléments métalliques. Les flèches indiquent la direction principale de la transmission des efforts entre la pièce d' extrémité et les éléments adjacents, et entre les différents éléments, dans le cas oii l'isolateur est soumis à une force de traction. Les efforts sont généralement transférés de l'une a l'autre des pièces d'ex-trémité par plusieurs voies parallèles dépendant du nombre d'ondulations par élément dans la direction axiale, de la longueur axiale de chaque élément, et de 1' écarte- ment entre les éléments adjacents de l'isolateur. Le mode de réalisation -décrit permet d'obtenir un isolateur possédant une résistance mécanique élevée, du fait du grand nombre de surfaces métalliques placées en parallèle, et du verrouillage rntituel.de ces surfaces. Gracie a cette configuration, les efforts de traction sont supportés par les éléments métalliques, tandis que le matériau isolant n'est soumis qu'à des efforts de compression modérés, entre des surfaces parallèles, et dans une moindre mesure à des efforts de cisaillement qui dépendent du coefficient de frottement entre le matériau isolant et le métal. L'isolateur décrit se comporte de la même manière lorsqu'il est soumis à des efforts de compression, ou à des e- forts de flexion (c'est à dire lorsqu'un côté est soumis à un effort de détraction et l'autre à un effort de compression). Cet isolateur convient donc à tous les types d'efforts. Les points suivants méritent entre notés. 1. La rigidité diélectrique de couches isolantes minces est supérieure à celle de couches plus épaisses. Ainsi, en fractionnant la tension sur un grand nombre de couches minces on peut se contenter d'une épaisseur totale isolant plus faible. 2. Toutes les jonctions entre les différentes par ties de l'isolateur correspondent à des surfaces équipotentiélle.. De ce fait, il n'est pas nécessaire d'empêcher la pénétration dt humidité à l'aide d'une étanchéité parfaite. 3. La capacité électrique entre des éléments adjacents étant relativement élevée par rapport à celle que l'on rencontre dans les isolateurs classiques, les différents éléments se comportent comme un diJiseur de tension capacitif. Ceci assure une meilleure résistance au claquage, à la fois en régime permanent et en régime transitoire. Dtl fait de cette répartition de la tension, l'isolateur selon ltinvention peu-t également mieux résister que les isolateurs classiques au claquage par contournement, du à une contamination de la surface du matériau isolant. 4. On peut réaliser des isolateurs de n'importe quelle longueur, sans employer de pièces intermédiaires. Cette caractéristique, jointe à la résistance au claquage élevée de 1' isolateur selon l'invention, permet de diminuer la longueur de cet isolateur, par rapport aux isolateurs classiques . L'isola- teur selon L'invention peut être utilisé en traction ou en com- pression, mais du fait de son moment résistant élevé, il convient particulièrement à l'utilisation sous forme de poutre, qui nécessite une résistance à la flexion considérable. Si l'on utilise un matériau isolant présentant une certaine flexibilité, l'isola- teur selon l'invention offre une résistance au choc relativement élevée. Les caractéristiques indiquées c-i-dessus permettent d'utiliser ces isolateurs comee éléments structuraux, et- de réaliser de ensembles présentant des dimensions globales plus faibles que celles des structures classiques. Les considérations ci-dessus s'appliquent également au montage d'autres appareils à haute tension comme les traversées isolantes et les parafoudres. Dans ces appareils, la division de la tension entre les différents éléments, inhérente à l'invention, est particulierelnent avantageuse. Dans certaines applications de l'invention, on peut avantageusement revtir certaines parties de l'isolant avec un matériau conducteur, comme une peinture conductrice, ou avec des adhésifs ou des agents d' étanchéité. Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement; à titre d'exemples non limi tatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Isolateur de haute tension constitué par plusieurs éléments métalliques en forme de coquille emboîtées coaxialeraçent les uns dans les autres et tterrouillés ensemble, chaque élément comportant une partie conique allant de l'une à l'autre de ses extrémités et s'adaptant étroitement a,' l'intérieur ou autour d'un élément adjacent, et une couche de matériau isolant étant intercalée entre les éléments adjacents,caractérisé en ce que les éléments sont ondulés dans la direction axiale avec un pas constant; en ce que la taille des parties externes convexes de chaque élément augmente dans la direction axiale lorsqu'on se rapproche de la plus grande extrémité, et la taille des parties externes concaves de chaque élément décroît de façon correspondante ; et en ce que tous les éléments autres que les éléments d'extrémité de l'isolateur se verrouillent sur une partie de leur longueur avec un élément adjacent s'emboitant extérieurement, ainsi qu'avec un élément adjacent s'emboîtant intérieurement, ce qui assure une transmission directe des efforts mécaniques à travers l'élément considéré. 2. Isolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ondulations forment au moins une hélice conique ayant un pas constant mais un diamètre variant de façon uniforme. 3. Isolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ondulations présentent des discontinuités le long de la circonférence de l'élément. 4. Isolateur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que les éléments possèdent initialement, avant montage de l'isolateur, une fonde leur permet- tant entre insérés à l'intérieur d'un élément possédant la forme définitive, ou autour d'un tel élément, puis sont dilatés ou comprimés à leur forme définitive, de façon à verrouiller les éléments dans la position qu'ils doivent occuper dans l'isolateur. 5. Isolateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce (lue chaque élément est fermé à son extrémité de plus faible diamètre. 6. Isolateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque élément possède un rebord dirigé vers I'extérieur,à son extrémité inférieure. 7. Isolateur selon l'une queleonqlle dea revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des pièces d'extrémité ayant une forme leur permettant de s'adapter à l'intérieur ou autour des éléments d'extrémité. 8 . Elément destiné à être assemblé avec plusieurs autres éléments du même type, de façon à former un isolateur de haute tension correspondant à l'une quelconque des revendications 1 b 7.