Brevet FR2374729A1 — publié le 19780713

L'invention concerne un isolateur en matière synthétique, un procédé pour sa fabrication et un appareil pour la mise en oeuvre du procédé. Il est bien connu que dans l'application d'isolants en matière synthétique pour lignes extérieures, on peut obtenir de nombreux avantages techniques et économiques - en comparaison des isolateurs classiques en porcelaine ou en verre - étant donné leurs paramètres mécaniques et électriques, leur moindre poids et leur montage plus facile. En utilisant des tiges de matière synthétique renforcées de fibres de verre et des disques- isolants-en matière synthétique qui adhèrent à ces tiges étroitement et sans interstices, on peut obtenir des isolateurs en barreau pour réseaux à moyenne et haute tension et d'autres structures isolantes (traverses, accessoires pour le travail sur des lignes sous tension). Dans le cas des isolateurs en matière synthétique pour lignes extérieures, on n'a pas encore pu déterminer la longévité, la résistance à l'érosion électrique, en particulier dans un environnement pollué. On n'a pas pu déterminer non plus la forme optimale qui permettrait, sur un isolateur en matière synthétique à surface souillée, d'empêcher l'apparition, la persistance et l'accroissement des décharges superficielles. On connaît de nombreuses solutions-dans lesquelles on augmente la résistance à la souillure des isolateurs en matière synthétique en augmentant le nombre de disques de même diamètre mais la solution n'est efficace que dans une certaine mesure. En effet, si l'on augmente le nombre des disques, il faut-en même temps diminuer ltespacement entre les disques, de sorte que dans des conditions de forte souillure et de forte pluie, des décharges sont à redouter entre les disques ; d'autre part, les procédés servant à fabriquer des isolateurs en matière synthétique pour lignes extérieures (isolateurs en barreau long) peuvent encore être perfectionnés à bien des égards. Le système de disques des isolateurs longs en matière synthétique est le plus souvent fabriqué sous la forme de disques séparés. Dans un procédé connu, on déplace par étapes le moule de disque du haut en bas de la tige et on coule la matière synthétique dans le moule complètement ouvert en haut ; par ce procédé, on peut seulement fabriquer des isolateurs ayant le même diamètre de disques. L'exactitude de dimensions des disques ainsi fabriqués n'est pas satisfaisante, d'une part le retrait à la surface libre est très grand, d'autre part le moule ne se trouve pas toujours en position horizontale ; entre les différents disques, la transition est brusque de sorte qu'il peut apparaître des fissures initiales. Un autre inconvénient des procédés connus réside dans le fait que l'adhérence entre les différents disques cause de nombreuses sources de défauts, de sorte que par exemple, s'il s'agit de couler 100 disques sur un isolateur de 400 kV, il fau drain réaliser dans 99 cas une adhérence impeccable. Dans un autre procédé de fabrication des isolateurs longs en matière synthétique, on fabrique les disques en une phase séparée (préfabrication) et-on les aligne successivement sur le coeur porteur de charge. On colle les disques entre eux et au coeur. L'inconvénient du procédé mentionné est que lors du collage, il se produit inévitablement des inclusions d'air qui nuisent à la longévité ; si le procédé ne s'est pas généralisé, cela est dû principalement à ce phénomène. L'invention a pour objet un isolateur en matière synthétique, un procédé de fabrication de celui-ci et un appareil pour la mise en oeuvre du procédé et vise à trouver une solution aux problèmes qui se posent. L'isolateur selon l'invention peut être dérivé de dispositifs à destination analogue qui présentent de manière en elle-même connue des disques isolant se succédant sur le coeur isolant porteur de charge, une couche de matière synthétique étant disposée entre les disques et le coeur isolant. La différence entre la solution connue ci-dessus et l'isolateur en matière synthétique selon l'invention réside dans le fait que les disques présentent au moins en partie des diamètres différents et qu'ils sont asymétriques relativement au plan perpendiculaire à l'axe du coeur isolant, et que l'épais- seur de la couche de matière synthétique qui se trouve entre le coeur isolant et les disques isolants mentionnés dépasse l'épais- seur critique telle qu'on l'a déterminée expérimentalement. La résistance aux impuretés et à l'érosion électrique de l'isolateur selon 11 invention peut être augmentée fortement - en compai#Lson des solutions connues - et en outre il devient possible de réaliser un isolateur convenant à l'application dans un environnement fortement pollué ; l'essence de la solution concrète selon l'invention est expliquée en détail dans la description. L'invention repose sur cette idée que des isolateurs pour hautes tensions en matière -synthétique de longueur spéciale peuvent aussi être fabriqués sous une forme sans fin. Le procédé selon-l'invention convient à la fabrication à 11 échelle industrielle des isolateurs en matière synthétique, le produit ayant une quantité uniforme, le#-déchet étant minimal et l'isolateur fini étant exempt de contraintes mécaniques ; la surface ne présente ni soufflures ni inégalités ; en outre l'intérieur de l'isolateur est entièrement exempt de fissures et d'inclusions d'air. Le procédé peut être facilement automatisé. On expliquera plus précisément l'invention à propos d'un exemple d'exécution avantageux représenté par les dessinsainexés sur lesquels la figure 7 est une coupe partielle de l'isolateur en matière synthétique selon l'invention la figure 2 une coupe verticale de appareil convenant à-la mise en oeuvre du procédé selon l'invention la figure 3 montre à plus grande échelle une partie de l'appareil de la figure 2. Comme on le voit par la figure 1, au coeur isolant 10 qui supporte l'effort mécanique font suite la couche de matière synthétique 12 qui l'entoure et les disques isolants en matière synthétique faisant corps avec le crieur et la couche, le disque 14 présentant un plus grand diamètre, le disque 16 un plus petit diamètre, les disques étant fabriqués en une matière synthétique flexible résistant à l'érosion électrique. Au sens de l'invention, les disques isolants 14,16 sont inégaux. Le disque 14 de plus. grand diamètre est suivi d'un ou plusieurs disques 16 de plus petit diamètre à la suite desquels vient à nouveau un disque 14 de plus grand diamètre. Les disques 16 de plus petit diamètre, disposés entre deux disques 14 de plus grand diamètre, ont un espacement égal ou différent entre eux et relativement au disque 14. Dans l'exemple d'exécution ici décrit, les disques isolants 14 et 16 ont une structure telle qu'ils sont asymétriques relativement au plan perpendiculaire à l'axe du coeur isolant et que la surface supérieure (en service) des disques isolants 14, 16 est formée de surfaces concaves, convexes et planes en contact mutuel tandis que le plan inférieur des disques isolants 14,16 est perpendiculaire à l'axe de l'isolateur. Le disque isolant constitué ou alterné selon llinven- tion est de forme telle que-l'on peut ainsi obtenir une longue ligne de fuite et en même temps l'isolateur présente une bonne propriété auto-nettoyante. En vertu de la structure du parcours de propagatian des arcs partiels qui se forment sur l'isolateur souillé, entre les disques à disposition alternée, les arcs partiels augmentent obligatoirement pendant leur propagation. Les bords des disques, sur les-quels les arcs partiels peuvent jaillir, sont décalés dans l'espace ; l'accroissement de la longueur des arcs partiels favo rise leur extinction. Les disques à disposition alternées peuvent ttre appliqués avantageusement en particulier dans le cas de corps étrangers risquant de former des gouttes comme la neige molle ou la glace. La solution conductrice qui s'égoutte du disque isolant supérieur 14 de plus grand diamètre ne peut aucunement. court-circuiter la longue ligne de fuite bien protégée sous le disque supérieur 14 car d'une part il existe une grande distance de jaillissement entre les grands disques 14 et d'autre part sont bord est disposé plus à l'intérieur. & tce à la structure asymétrique du disque selon l'in- vention, on peut obtenir des avantages notables - en comparaison des disques symétriques connus - en ce qui concerne le comportement dans un environnement pollué, car il ne peut pas se former, ou seulement difficilement, une couche humide continue sur les disques. La forme de la couche de matière synthétique qui entoure le coeur isolant 10 a une importance extrêmement grande en ce qui concerne la résistance à l'érosion. D'après les expériences faites, il ne faut en aucun cas que l'épaisseur de cette couche soit inférieure à la valeur critique de 2 mm que 1' on a déterminée. Les coeurs porteurs de charge des isolateurs en matière synthétiqu#e sont fabriqués-sans fin,# au niveau le plus haut, à l'aide du dispositif 20. Les coeurs sans fin sont guidés vers le bas et vers la zone de préchauffage 24, par le dispositif de transport 22 ensuite, le coeur#-préchauffé arrive à la chambre de coulée 26 située au troisième niveau et dont-la température est réglée continuellement à l'aide du dispositif 28. L'amenée de la matière synthétique destinée aux disques et venant du mélangeur 30 est réglée par le robinet 32. Une fois que les disques formant la colonne isolante sont-durcis, la chambre est divisée ou ouverte par le dispositif 34 ; à l'aide du dispositif de transport 22, la colonne isolante finie est amenée àla zone de chauffage de durcissement se#condaire. Le- dispositif situé au deuxième niveau tronçonne la structure isolante à la longueur désirée. Les isolateurs en matière synthétique tronçonnés sur mesure sont amenés par ~le transporteur 40 à-la partie de l'usine où l'on monte les armatures. La figure 3 représente en détail le système de disques de la chambre de moulage 26 des isolateurs ainsi que le dispositif de manoeuvre adjoint. La matière isolante ou composition de matière qui forme les disques est amenée au mélangeur sous vide 30 ; le mélangeur sous vide peut constituer le mélangeur final d'un appareil de traitement plus grand#-et aussi être muni de dispositifs doseurs. Après la désaération, sous une surpression réglée par le robinet 32, la composition de matière synthétique encore à l'état liquide est introduite, en passant par l'obturation 34, dans la chambre 26 divisée dans le plan vertical. Le coeur porteur de charge 10 de l'isolateur en matière synthétique est introduit au préalable dans la chambre. La matière isolante - se déplaçant de bas en haut et poussant l'air devant elle- remplit la chambre i moulage. Une fois que la chambre est complètement remplie, on ferme définitivement le presseétoupe supérieur, après quoi#, par l'intermédiaire du mélangeur 30, on applique une surpression à la matière synthétique encore à l'état liquide jusqu'à ce que la gélification ou le durcissement se produise dans la chambre. Du point de vue de la distribution de température, la chambre est formée de deux parties principales La température de la partie supérieure 42 est plus basse que la température partielle de la chambre de coulée 26, de sorte que le durcissement du disque à former en cet endroit se produit seulement jusqu'à la phase de gélification tandis que dans les autres parties de la chambre, les disques durcissent complètement. Une fois que la colonne isolante finie a été transportée plus loin , le disque inférieur de la colonne suivante est constitué par le disque qui n'a durci que jusqu'à gélification dans la colonne précédente ; au cours du processus de coulée suivant se produit le durcissement final avec les autres disques isolants et le cycle peut être exécuté à répétition. Grâce à l'application du procédé selon l'invention, on peut fabriquer des isolateurs de longueur quelconque, pour différents niveaux de tension, de 20 à 750 kV et au delà, selon la longueur des coeurs assemblés au niveau le plus haut. L'invention est mieux expliquée par des exemples d'exécution Exemple 1 Le coeur porteur de charge de l'isolateur en matière synthétique est formé par la tige renforcée de fibres de verre qui a un diamètre de 25 mm ; la tige contient du stratifil de verre (70 parties en poids) et un liant formé de polyester ou de résine d'époxyde (30 parties en poids). Au cours du procédé, la tige renforcée de fibres de verre est introduite, après préchauffage à 1100C, dans la chambre chauffée à 1100C. On fabrique par coulée les disques isolants de matière synthétique, en résine d'époxyde cycloaliphatique convenant à l'application en plein air et qui garde sa flexibilité, après durcissement, au moins jusqu'à -250C (l'allongement à la rupture mesuré à -250C est d'au moins 2%). On introduit de façon dosée les constituants de la résine de coulée dans un mélangeur sous vide pouvant être chauffé. A 100 parties en poids de résine d'é poxyde cycloaliphatique, on ajoute 100 parties en poids de poudre de quartz silanisée et 100- parties en poids d'alumine trihydratée comme charges.Après avoir préparé un mélange homogène à 80 C sous vide, on ajoute-au mélange 70 parties en poids d1a- gent de réticulation#et 2 parties en poids d1accélérateur ; après avoir mélangé, on introduit sous une surpression la composition - dont la température est de 800G - dans la chambre de coulée à 1100C où le durcissement s1 effectue sous une surpression de 3 à 4 atmosphères. On peut ouvrir la chambre au bout de 20 minutes L'isolant en matière synthétique ainsi fabriqué arrive à la zone de durcissement secondaire dont la température est de 1200C et où se fait le durcissement final ; on peut ainsi fabriquer en 1 heure environ un isolateur en barreau de matière synthétique de 3,6 m-de longueur pour une tension de 400 kV. Exemple 2 Pour fabriquer les disques isolants, on utilise un caoutchouc de silicone, on y ajoute un agent de réticulation et une charge, on met le tout sous vide et on durcit à chaud à l'intérieur de l'outil fermé ; les disques ainsi fabriques gardent leur flexibilité au moins jusqutà -50 C; On- soumet au vide pendant 10 minutes à la température ambiante le mélange formé de caoutchouc de silicone, de charge et d'agent de réticulation et ensuite on l'introduit dans la chambre de coulée chauffée à 704C ;; auparavant, on introduit dans la chambre de coulée la tige renforcée de fibres de verre selon l'exemple 1, chauffée à 700C et dont la surface est traitée par un agent favorisant l'adhérence. On peut ouvrir la chambre au bout de 20 minutes après son remplissage complet. Avec cette matière de disques, le durcissement secondaire thermique est superflu. Aux extrémités libres longues de 77 mm de la tige de l'isolateur en matière synthétique fabriqué selon les exemples i et 2, on fixe des armatures d'acier fabriquées à partir de fonte mall#eable. La fixation des tiges dans les armatures munies d'un carter intérieur conique s1 effectue au moyen de coins coniques et à l'aide d'un adhésif de résine d'époxyde ; en dernier lieu, on rend étanches à l'humidité les extrémités des armatures au moyen d'un mastic de silicone. Voici les dimensions géométriques principales et les résultats des essais électriques et mécaniques des isolateurs en barreau long de matière synthétique, pour la tension de 400 kV Dimensions géométriques longueur d'installation 3544 mm diamètre du grand disque 135 mm diamètre du petit disque 95 mm ligne de fuite 10 500 mm nombre des disques 50/49 diamètre du corps 34 mm distance entre les grands disques 65 mm distance entre les grands disques et les petits 35 mm Résultat des essais électriques a) tension de percement à 50 %, pour une tension de rupture à polarité positive (250/2500 ps) : 1475 kV b) tension de percement à 50 % pour une tension de choc à polarité positive (1,2/50 ps) : 1710 kV c) tension de percement à fréquence industrielle sous la pluie 914 KV d) dans le cas d'une couche d'impuretés superficielles ayant une conductivité spécifique de 20 ps, sous une tension de 242 kV, à fréquence industrielle, il ne se produit pas de décharge à l'isolateur, celui-ci convient donc très bien à un enutonnement pollué. Résistance mécanique charge de rupture moyenne garantie en traction 20 t charge de rupture effective déterminée par mesure 27,4 t dispersion relative de la charge de rupture 4,9 '6 REVENDICATIONS 1. Isolateur flexible en matière synthétique résistant à l'érosion électrique, en particulier pour lignes aériennes à haute tension, dans lesquels des disques isolants sont reliés au coeur isolant porteur de charge et une couche de matière synthétique est en outre disposee entre les disques et le coeur isolant, isolateur caractérisé par le fait que les disques présentent au moins en partie des diamètres différents. 2. Isolateur selon la revendication i, caractérisé par le fait que les disques sont asymétriques relativement au plan perpendiculaire à l'axe du coeur isolant. 3. Isolateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la surface inférieure des disques présente une face plane perpendiculaire à l'axe du coeur isolant. 4.~Isolateur selon des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les disques font corps avec la couche de matière synthétique entourant le coeur isolant. 5. Isolateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la couche de matière synthétique entourant le coeur isolant a une épaisseur d'au moins 2 mm. 6. Procédé de fabrication-de l'isolateur selon l'une des revendications 1 à#5, dans lequel on introduit la matière synthétique dans une chambre de coulée chauffée, correspondant à la forme des disques, procédé caractérisé par le fait que le durcissement s'effectue en plusieurs étapes, qu'à la première étape on amène le disque au moins un état gélifié et on durcit simultanément un ou plusieurs disques, après quoi on déplace la colonne formée de disques gélifiés et complètement durcis jusqu'à ce que le disque qui se trouvait à l'état gélifié forme le disque du bas de la colonne suivante. 7. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre verticale divisée servant à du#rcir simultanément un isolateur formé d'un ou plusieurs disques et à laquelle est adjoint un mélangeur amenant la matière synthétique liquide, un dispositif de transport qui transporte vers le bas l'isolateur comportant le coeur isolant et un dispositif qui tronçonne l'isolateur à la longueur prédéterminée.