Brevet FR2424613A1 — publié le 19791123

La présente invention concerne le domaine des isolateurs haute tension. Elle a pour objet un isolateur haute tension pos sédant des performances améliorées par rapport à celles des isolateurs de conception classique. Les isolateurs de l'art antérieur sont constitués essentiellement par une tige en matériau isolant, à hautes caractéristiques mécaniques, emmanchée dans un manchon isolant dont le profil extérieur est adapté aux exigences des utilisateurs. On sait que ces manchons qui sont formés de verre ou de céramique comportent des nervures séparées par des creux, selon les modes les plus fréquents de réalisation. Selon la technique connue, la tige était rendue solidaire du manchon,par exemple à l'aide d'un adhésif. Les montages connus du genre ci-dessus présentent de nombreux inconvénients. En effet, l'adhérence de la tige sur l'isolant extérieur n'est pas parfaite, et il existe de place en place des solutions de continuité entre les deux éléments. Il s'ensuit que de l'air est obligatoirement emprisonné à certains endroits entre la tige et l'isolant extérieur. En outre1 les matériaux de la tige et de l'isolant extérieur sont tous deux rigides et de nature différente. Ils possèdent donc des coefficients de dilatation différents, de sorte quessous l'effet des variations de température auxquelles sont soumis les isolateurs, la tige et le manchon extérieur ont tendance à glisser l'un par rapport à l'autre, ce qui accentue les risques de rupture de leur liaison déjà par elle-même imparfaite. La présence d'inclusion d'air, même discrète, entre les deux éléments de l'isolateur, était éminemment favorable au chemi nejnent d'un arc électrique par l'intérieur de l'isolateur. L'ensemble ne répondait donc plus aux exigences d'isolation haute tension. Sur le plan mécanique également, dès que la liaison entre la tige et l'isolant extérieur est rompue, même partiellement, en particulier au voisinage des extrémités, il y a possibilité d'infiltrations d'humidité atmospherique due aux intempéries, qui entraineront aussi la formation d'un arc par l'intérieur de l'isolateur. Enfin, à tous ces inconvénients, il faut ajouter celui de la rigidité du matériau isolant constituant l'extérieur, par exemple en verre ou en céramique, qui avait pour conséquence une fra gilité préjudiciable à la durée de vie de l'isolateur. L'invention a pour objet un isolateur haute tension qui élimine les inconvénients signalés ci-dessus brièvement des isolateurs connus de ce type. L'invention a donc pour objet un isolateur haute tension dont la conception lui permet de résister au claquage par I'inté- rieur, en réalisant une liaison parfaite entre la tige et l'isolant extérieur. L'invention a encore pour objet un isolateur haute tension capable de résister aux chocs et possédant une tenue sans défaut aux différentes conditions climatiques et aux intempéries, en particulier à des conditions de température variant entre -500C et +700C. Bien entendu, l'isolateur selon l'invention est prévu pour résister à des tensions très élevées,par exemple de l'ordure de 175.000 volts ou davantage. Selon l'invention, un isolateur haute tension comportant une âme ou tige cylindrique en matériau isolant rendue solidaire, par exemple par collage, d'un isolant extérieur en forme de manchon profilé, avec des nervures en saillie, l'amie dépassant de part et d'autre du manchon isolant, ainsi que des moyens permettant la liaison mécanique de l'isolateur avec la pièce à isoler, est carac térisé en ce que - l'ame présente au voisinage de chacune de ses extrémités au moins un épaulement en relief, - le mancho est une pièce monobloc profilée en un matériau élas tolère, dont chacune des extrémités est conformée pour enserrer de manière étanche I'épaulement correspondant de l'âme, - au moins un embout métallique, solidaire de l'âme, coiffe chaque extrémité du manchon isolant. Selon du une caractéristique essentielle de l'invention, la tige intérieure présente au voisinage de chacune de ses extrémités et de préférence aussi près que possible de ces dernières, au moins un épaulement en relief. Un tel épaulement peut avoir une portée lisse, ou bien son profil peut être crénelé. Il est possible de multiplier de tels reliefs, par exemple d'en utiliser deux ou plus de deuxpour améliorer encore les qualités d'étanchéité de l'isolateur. Dans la pratique cependant, il a été constaté qu'un relief ou deux reliefs étaient suffisants pour répondre d'une manière parfaite aux besoins de l'invention. La tige de l'isolateur est réalisée en un matériau iso lant, de hautes caractéristiques mécaniques, déjà connu dans l'art antérieur, par exemple à base de filaments de verre imprégnés de résine époxy ou polyester. Selon une autre caractéristique essentielle, l'isolant extérieur de l'isolateur selon l'invention est réalise en un matériau élastomère. Ce matériau doit posséder une combinaison avantageuse de propriétés. Tout d'abord, il faut concilier une valeur élevée de résistance à la déchirure à l'entaille, ainsi que de la souplesse en vue de permettre une résistance suffisante à l'allongement. En outre, le matériau ne doit pas être cassant, il doit bien résister aux chocs, il doit posséder une bonne tenue aux conditions climatiques les plus sévères, par exemple à des températures variant entre -500C et +700 C. Egalement, il doit résister à des hautes tensions de l'ordure de 175.000 volts. En ce qui concerne la dureté du matériau, on a déterminé que la gamme préférée se situait entre 30 et 40 pour la dureté Shore (échelle A). La résistance à la déchirure à l'entaille est avantageusement de l'ordre de 16 kg/cm. Des matériaux particuliers qui conviennent aux besoins de l'invention sont des élastomères de silicone ou de polyuréthane. Ces produits possèdent en effet de bonnes caractéristiques de résistance à la déchirure, à l'inflammation et au vieillissement. Les élastomères de polyuréthane sont moins coûteux et moins sensibles aux poussières. En revanche, les élastomères de silicone ont en général un ensemble de propriétés supérieur et en outre ilspossèdent des caractéristiques hydrophobes. La géométrie ou profil du manchon isolant extérieur est conditionnée par les besoins de l'utilisation. Le manchon isolant extérieur est terminé à chacune de ses extrémités par une partie conformée pour enserrer de manière étanche le relief correspondant de la tige. Cette partie terminale a une forme semi-torique de préférence, mais non limitativement. A l'ensemble tige-isolant extérieur est associéà chacune des extrémités, un embout métallique qui est solidaire de la tige et assure la liaison avec l'extrémité du manchon isolant ex térieur. Selon une première réalisationn chaque embout est un chapeau exerçant une pression mécanique sur l'extrémité correspondante du manchon. On obtient ainsi une étanchéité élastique des extrémités dès lors que ce chapeau est rendu solidaire de la tige, par exemple par l'intermédiaire d'une goupille au moins. Dans ce cas, pour améliorer encore l'étanchéité, on peut prévoir que la surface intérieure du chapeau, qui est destinée à venir au contact de ll extrémité du manchon isolant, possède elle-même des irrégularités de surface. Celles-ci coopèrent avec la matière élastomère et augmenteront encore la résistance à la pénétration de l'humidité at mosphérique. Selon une variante de réalisation, qui est préférée, chaque embout est une ferrure métallique permettant le montage définitif de l'isolateur, la liaison mécanique de la ferrure et de la tige étant réalisée par collage. On adoptera des formes intérieures de ferrures permettant d'augmenter la surface d'accrochage entre la tige et la colle. On utilise avantageusement à cet effet, une ferrure ayant un évidement intérieur généralement conique ou s'évasant en direction de l'extré- mité libre de la tige. Il convient également que la colle recouvre aussi complètement que possible l'extrémité de la tige, afin d'évi- ter toute détérioration de la liaison. Du côté du manchon isolant, chaque ferrure comporte un logement prenant appui sur l'extremite correspondante du manchon, laquelle, ainsi qu'il a été mentionné ci-dessus, est de préférence de forme semi-torique. Sous un autre aspect, l'invention a également pour objet un procédé pour l'obtention de l'isolateur haute tension répondant aux caractéristiques ci-dessus, ledit procédé étant caractérisé en ce que a/ on insère la tige ou l'âme dans la cavité d'un moule, ladite cavité reproduisant le profil du manchon isolant extérieur à obtenir, b/ on établit dans cette cavité un vide poussé pour atteindre une pression inférieure à lmm de mercure, c/ on injecte sous pression dans la cavité du moule la matière élastomère, préalablement dégazée, destinée à constituer le manchon. Selon un premier mode de réalisation,une fois l'ensemble sorti du moule, il ne reste plus qu'à lui adjoindre les chapeaux métalliques d'extrémité qui assurent son maintien et permettent l'accrochage mécanique de l'isolateur. Selon un autre mode de réalisation qui est préféré, chaque ferrure est rendue solidaire de la tige par collage avant le moulage du manchon isolant. De la sorte, le logement de la ferrure, lequel possède à cet effet au moins un trou d'évent, se remplit au moulage de matière élastomère injectée dans le moule, tout l'air éventuellement présent dans le logement étant alors évacué lors du moulage, ce qui améliore encore l'étanchéité. La présence des reliefs d'extrémité sur la tige permet, après surmoulage de l'isolant extérieur, une tenue en position immuable des extrémités de l'isolateur. Il y a lieu de noter que les reliefs sur la tige peuvent être d'une pièce avec celle-ci ou bien être rapportés et fixés mécaniquement sur elle. Pour obtenir les bons résultats de l'invention, il est indispensable de mettre en oeuvre selon la technique connue, une installation de moulage sous vide. A cet effet, on dispose d'un robinet à plusieurs voies, l'une permettant de faire le vide dans la cavité du moule, l'autre d'injecter la matière élastomère dans la cavité et une troisième voie neutre ne comportant Qe communi cationavec la source de vide ni avec l'injecteur de matière élastomère. Une fois la tige positionnée dans le moule, on réalise dans la cavité de celui-ci un vide très poussé, c'est-à-dire une pression inférieure à lmm de mercure, de préférence de l'ordre de 2 à 5/10ème de mm de mercure.Après avoir ainsi fait le vide dans la cavité du moule, on passe à la position injection qui permet l'injection sous pression de l'élastomère préalablement dégazé. De la sorte, on aboutit à une adhérence parfaite de l'élastomère sur la tige. Par surcroît de précaution, il peut également être avantageux d'améliorer encore la liaison tige-isolant extérieur en enduisant, avant moulage, les parties de la tige qui sont voisines des reliefs d'extrémités, d'un primaire d'accrochage permettant d'assurer une liaison partielle de la tige et du matériau élastomère en même temps que s'effectue l'opération de moulage. Par exemple, s'il y a deux reliefs à chaque extrémité, on munira la tige d'un primaire d'adhérence entre les deux reliefs et de part et d'autre de ceux-ci sur une faible longueur. Ce moyen permet de consolider l'adhérence aux extrémités qui sont les parties les plus vulnérables en cas d'agressions mécaniques intempestives pouvant se produire avant la mise en place de l'embout métallique de compression sur l'extrémité de l'isolant extérieur.Toute introduction d'air extérieur étant ainsi rendue impossible, l'intérieur de l'isolateur reste à l'abri de toute pénétration d'air généra trice de cheminement de courant parasite et finalement de claquage On choisira évidemment des primaires d'accrochage qui sont compatibles d'une part avec la tige support et, d'autre part, avec le matériau élastomère utilisé. Si l'on met en oeuvre un élastomère de silicone, on utilisera par exemple comme primaire d'accrochage, les produits mis sur le marché par la Société RHONE-POULENC sous la dénomination "Primaire MB" ou oar la Société DOW CORNING sous la dénomination "Dow Corning 1210". Lorsqu'on utilise des élastomères de polyuréthane, le primaire d'accrochage sera par exemple le produit Liofol UK 4500 distribué par la Société HENKEL. Il est avantageux que, selon l'invention, le primaire d'adhérence ne soit prévu sur la tige qu'au voisinage de ses extrémités. En effet, s'il y a une excellente adhérence à leur niveau, il reste une possibilité de déplacement relatif entre l'isolant extérieur et la tige sur le reste de la longueur de celle-ci, c'est à-dire sur la partie intermédiaire entre les reliefs extremes, ce qui est hautement favorable lors du moulage. Une fois que les embouts métalliques solidaires de la tige sont mis en place, on obtient un moyen permettant d'empêcher la pénétration de l'humidité à l'intérieur de 1 t isolateur, ainsi que les pénétrations accidentelles d'air. Celles-ci pourraient résulter,comme cela est le cas dans la technique connue, d'un décollement de la partie de l'élastomère fixée sur la tige par le primaire d'adhérence, lorsqu'en service les éléments constitutifs de l'isolateur sont soumis à des contraintes provoquées par des dilatations différentielles des matériaux, ou à des sollicitations mécaniques importantes pouvant exister en cours d'utilisation. Les moyens d'accrochage mécaniques de l'isolateur sont connus des spécialistes et des fabricants d'isolateurs haute tension, et ne font pas partie du cadre de la présente invention. L'invention sera illustrée maintenant sans être aucunement limitée par la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - Figure 1 est une coupe d'un isolateur haute tension selon l'invention, ne comportant pas encore les embouts d'extrémité, - Figure 2 est une vue d'une extrémité de l'isolateur de la figure 1, comportant un chapeau d'extrémité et un relief crénelé, -Figures 3 et 4 sont des variantes, portant aussi bien sur les reliefs de la tige que sur la forme des profils intérieurs du chapeau métallique coopérant avec l'isolant extérieur, - Figure 5 est une vue en coupe d'une extrémité de l'isolateur mu nie d'une ferrure métallique. Ainsi qu'il est représenté à la figure 1, l'isolateur haute tension comporte une tige 1 entourée d'un manchon isolant extérieur 2. Conformément à la technique connue, la tige 1 est réalisée en un matériau isolant de hautes caractéristiques mécaniques, par exemple à base de filaments de verre imprégnés de résine époxy ou de résine polyester. Selon l'invention, la tige 1 présente à chacune de ses extrémités au moins un relief et, dans l'exemple représenté, deux reliefs respectivement 3-4 et 5-6. Ces reliefs peuvent être monoblocs avec la tige 1 ou rapportés sur elle. Dans l'exemple de la figure 1il s'agit d'épaulements de portée cylindrique à surface périphérique lisse. Selon l'invention, le manchon isolant extérieur 2 est ré alisé en une matière élastomère mise en place par surmoulage sur la tige. On a également représenté en 7, 8, 9 et 7', 8', 9'une couche de primaire d'adhérence prévue sur la tige 1 entre les reliefs 3-4 et 5-6, et également sur une courte longueur à l'in térieur de la tige (8-8') et à l'extérieur de celle-ci (9-9'). Des couches semblables sont prévues sur les reliefs 3-4 et 5-6 et sont représentés par des traits forts. Chaque extrémité de l'isolant extérieur 2 est conformée comme représenté en 2' pour réaliser une partie terminale semitorique. La figure 2 représente l'extrémité d'un isolateur haute tension selon l'invention. On voit la tige intérieure 1 et l'isolant extérieur 2. Dans cet exemple qui comporte encore deux reliefs sur l'extrémité de la tige, le relief 3 est lisse, tandis que le relief 14 présente une surface striée ou ondulée. On a représenté aussi à la figure 2 un chapeau métallique 10 venant coiffer l'extrémité de l'isolateur. Ce chapeau comporte une surface intérieure 11 présentant des irrégularités destinées à coopérer avec la face frontale de la partie semi-torique 2'. Cet embout métallique 10 est emmanché sur la tige 1 et assure la compression de la partie semi-torique 2'. Le chapeau 10 est maintenu sur la tige 1 par des goupilles 12, 13. Les figures 3 et 4 montrent des variantes d'extrémités de l'isolateur. A la figure 3, chaque extrémité de la tige 1 est munie d'un relief unique 15 présentant deux épaulements 15a et 15b. Selon l'invention, ce relief est prévu au voisinage immédiat de l'extré- mité et coopère donc avec l'intérieur de la partie terminale 2' semi-torique de l'isolant extérieur. Comme à la figure 2, un'chapeau 10 métallique goupillé en 12 sur la tige I assure par pression le maintien de la partie 2' de l'isolant extérieur. A la figure 4, chaque extrémité de la tige 1 est munie d'un relief unique 16 présentant un profil crénelé. La figure représente 4 créneaux et l'on remarquera que les créneaux tournés vers l'extérieur sont plus rapprochés que les créneaux tournés vers l'intérieur de l'isolateur. La figure 5 représente une ferrure métallique 20 équipant l'une des extrémités dexl'isolateur de la figure 1. La ferrure 20 possède un évidement intérieur 21 de forme générale conique ou évasée en direction de I'extrémité libre 1' de la tige 1. La ferrure 20 est rendue solidaire de la tige 1 le long de sa partie 1', par interposition d'une colle 22. La colle 22 est mise en place au préalable et avant injection de l'elasto- mère constituant le manchon 2. Par ailleurs, la ferrure 20 présente un logement 23 à son extrémité tournée vers la partie 2' semitorique du manchon 2. Le logement 23 comporte des trous d'évent 24 destinés à évacuer l'air résiduel lorsque, lors du moulage, la matière élastomère pénètre dans le logement. Enfin, la ferrure possède un trou 24 permettant l'accrochage ou la liaison mécanique de l'isolateur. Cette forme de réalisation est intéressante car elle laisse intacte l'même 1,1'.De pluswelle permet d'obtenir une étanchéité parfaite au niveau de l'extrémité 2' du manchon. Bien entendu, les variantes ci-dessus ont été indiquées à titre purement illustratif, et l'on peut concevoir des modifications portant sur le nombre et la nature des reliefs ainsi que sur les profils respectifs de ceux-ci, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. L'isolateur haute tension selon l'invention présente un certain nombre d'avantages dont les plus importants peuvent être énumérés comme suit 1/ l'isolant extérieur étant constitué par un élastomère, l'isolateur possède une haute résistance aux chocs, ce qui permet d1é- liminer l'inconvénient de la fragilité inhérente aux isolateurs classiques, 2/ le procédé de fabrication par moulage sous vide permet de conserver sous vide la partie intérieure de l'isolant.Cette technique de moulage est avantageusement utilisée car elle permet de mettre en oeuvre des tiges à reliefs monoblocs ou rapportés qui, autrement, ne pourraient pas être insérées dans un manchon isolant; 3/ il est avantageux de munir les extrémités actives de la tige, mais uniquement celles-ci, d'un primaire d'adhérence qui empêche toutes pénétrations d'air tant que l'ensemble n'est pas soumis à des sollicitations mecaniques importantes.En outre, la zone où le primaire d'adhérence est appliqué ne représente qu'une faible partie de la longueur de la tige, laissant ainsi toute liberté de déplacement relatif de l'isolant extérieur par rapport à la tige, déplacement qui est nécessaire pour absorber les variations de dimensions résultant notamment des écarts de température, 4/ grâce à la présence des reliefs d'extrémité et avantageusement du primaire d'adhérence, les extrémités de l'isolant extérieur sont positivement ancrées sur la tige, de sorte que le retrait au moulage, qui peut être important sur un isolateur de grande longueur, se répartit sur la partie libre de l'isolateur, 5/ après mise en place des embouts d'extrémités, on réalise une étanchéité parfaite aux pénétrations d'air et d'humidité extérieurs. La nature élastique du joint que constitue chaque extrémité d'isolant extérieur absorbera toutes les déformations éventuelles qui pourraient être provoquées par des contraintes et sollicitations venant de l'extérieur. REVENDICATIONS 1/ Isolateur haute tension comportant une âme ou tige cylindrique en matériau isolant, rendue solidaire, par exemple par collage, d'un isolant extérieur en forme de manchon profilé, avec des nervures en saillie, l'âme dépassant de part et d'autre du manchon isolant, ainsi que des moyens permettant la liaison mécanique de l'isolateur avec la pièce à isoler, caractérisé en ce que : - l'âme présente au voisinage de chacune de ses extrémités au moins un épaulement en relief - le manchon isolant est une pie ce monobloc profilée en un matériau élastomère pour enserrer d'une manière étanche l'epaule- ment correspondant de l'âme, -au moins un embout métallique, solidaire de l'âme coiffe chaque extrémité du manchon isolant. 2/ Isolateur haute tension selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les reliefs sont prévus sur la tige aussi près que possible des extrémités de cette dernière, ces reliefs pouvant être d'une pièce avec la tige, ou bien être rapportés et fixés mécaniquement sur elle. 3/ Isolateur haute tension selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les reliefs d'extrémités de la tige ont une portée lisse ou bien un profil crénelé. 4/ Isolateur haute tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les reliefs à chaque extrémité de la tige sont au nombre de I ou 2. 5/ Isolateur haute tension selon l'une quelconque des reyendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'isolant extérieur est un élastomère de silicone ou de polyuréthane. 6/ Isolateur haute tension selon l'une quelconque des-reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie terminale de lli- solant extérieur au voisinage de chaque extrémité présente une forme de joint semi-torique. 7/ Isolateur haute tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'embout métallique est un chapeau qui assure par pression mécanique la compression de l'ex trémité correspondante de l'isolant extérieur, ledit chapeau ayant été rendu solidaire de la tige en particulier par l'intermédiaire d'au moins une goupille 8/ Isolateur haute tension selon l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que la surface intérieure du chapeau, qui est destinée à venir au contact de l'extrémité corres pondsante du manchon isolant, possède des irrégularités de surface. 9/ Isolateur haute tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'embout métallique est une ferrure, la liaison mécanique de la ferrure et de la tige étant réalisée par collage. 10/ Isolateur haute tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 et 9, caractérisé en ce que la ferrure présente un évidement intérieur généralement conique ou s'évasant en direction de l'extrémité libre de la tige. 11/ Isolateur haute tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 9 et 10, caractérisé en ce que la colle contenue dans l'évidement enveloppe l'extrémité de la tige. 12/ Procédé pour l'obtention d'un isolateur haute tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que a) on insère la tige ou blâme dans la cavité d'un moule, ladite cavité reproduisant le profil du manchon isolant extérieur à obtenir, b) on établit dans cette cavité un vide poussé pour atteindre une pression inférieure à lmm de mercure, c) on injecte sous pression dans la cavité du moule la matière élastomère, préalablement dégazée, destinée à constituer le manchon. 13/ Procédé pour l'obtention d'un isolateur haute tension selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'une fois llensem- ble sorti du moule, on lui adjoint à chaque extrémité un chapeau métallique, qui assure le maintien de l'isolateur et permet son accrochage mécanique. 14/ Procédé pour l'obtention d'un isolateur haute tension selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on rend solidaire par collage une ferrure métallique de chaque extrémité de la tige, avant le moulage du manchon isolant, ladite ferrure présentant un logement à l'une de ses extrémités, et en ce qu'on dispose la ferrure vis-à-vis de la cavité du moule, pour que son logement se remplisse de matière élastomère lors du moulage, ledit logement présentant en outre au moins un trou d'évent, par lequel l'air résiduel s'évacue lors de l'injection de la matière élastomère. 15/ Procédé pour l'obtention d'un isolateur haute tension selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que, en vue d'améliorer la liaison tige-isolant extérieur, on enduit avant moulage, les parties de la tige qui sont voisines des reliefs d'extrémités d'un primaire d'accrochage permettant d'assurer une liaison partielle de la tige et du matériau élastomère en même temps que s'effectue l'opération de moulage. 16/ Isolateur haute tension et ébauche d'isolateur haute tension tel qu'obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15.