Brevet FR2469785A1 — publié le 19810522

La présente invention concerne, d'une façon générale, es connexions électriques et elle vise plus spécialement un dispositif permettant de réaliser des raccordements d'éléments électriques soumis à des tensions élevées. Au cours des dernieres années les installations souterraines et aéro-souterraines de distribution d'énergie électrique se sont développées considérablement, surtout dans le domaine de la petite industrie et du commerce et dans les zones résidentielles. On a conçu pour de telles installations divers éléments de distribution d'énergie, par exemple des câbles électriques, des transformateurs, des postes de distribution et des connecteurs blindés. Parmi ces éléments, -on a mis au point des connecteurs électriques blindés comprenant des éléments préalablement moulés que l'on monte facilement sur place aux extrémités de cables électriques, ce qui facilite la réalisation des connexions électriques et le montage des installations souterraines de distribution d'énergie.Les nombreux avantages que présentent de tels connecteurs ont provoqué une forte demande pour des connecteurs du même type, fonctionnant convenablement sous des tensions encore plus élevées que celles auxquelles étaient soumis les connecteurs de la tension antérieure. A ce jour, la plupart des connecteurs électriques blindés moulés sont réalisés à l'aide de matériaux élastomères qui pré sententla particularité de pouvoir être rendus conducteurs de l'électricité. De tels connecteurs sont essentiellement constitués d'un répartiteur de tension ou contraintes internes solidaire de l'élément isolant également en matériau -élastomère, élément isolant lui même solidaire d'une enveloppe en matériau élastomère conducteur de l'électricité. De tels connecteurs sont susceptibles de fonctionner sous dt;tensions élevées, c'est à dire de 20 kV ou a avantage.Le moulage des matériaux élasto-- mères isolants et conducteurs de l'électricité nécessitent des équipements très élaborés et donc coûteux, la liaison entre les diverses couches d'élastomères devant etre réalisée aussi intimement que possible et exempte d'air entre les couches. L'invention décrite plus précisément plus loin a pour but de réaliser des connecteurs fonctionnant aux tensions élevées de service tout en utilisant, pour obtenir un résultat de performances électriques au moins égales aux composants élastomères, des composants en résines telles que époxyde, polyuréthane, qui sont à ce jour très utilisés dans la réalisation des isolants électriques. En particulier, la réalisation des connecteurs objet de 1' in- vention fait appel à des outillages classiques de moulage de résine époxyde pouvant être mis en oeuvre manuellement ou montés sur des presses à injecter la résine selon l'importance des séries de pièces à réaliser, le coùt de ces outillages étant dans tous les cas très économiques par rapport aux outillages nécessaires à l'injection des élastomères. De plus, lorsque la polimérisation de la résine a eu lieu, il est possible d'essayer la pièce finie aux conditions électriques de service pour lesquelles elle a été con çue. Ceci constitue une différence fondamentale par rapport aux accessoires réalisés sur le chantier et dont la fiabilité et la durée de vie dépendent des conditions de travail et de l'habileté du personnel d'installation. L'invention vise donc - la réalisation d'un connecteur électrique pouvant fonctionner sous des tensions élevées, être monté sur place pour la réalisation des connexions électriques dans les installations de distribution d'énergie et faisant appel en grande partie à des éléments moulés en résine pour assurer l'isolement et le fonctionnement de l'ensemble. Un tel connecteur est essentiellement composé de : - un dispositif isolant constitué d'une partie en matière élastomère assemblée par serrage conique dans une enveloppe en matière isolante constituée de résine époxyde - un dispositif répartiteur de tensions ou contraintes internes qui atténue les concentrations nuisibles de contraintes électriques se produisant autour et aux extrémités du raccord de la connexion électrique. - un dispositif de blindage de la partie extérieure de l'enveloppe extérieure. Ce blindage étant dans le prolongement électrique des blindages des câbles ou des appareils à raccorder. - un dispositif destiné à servir de chambre équipotentielle et à recevoir l'air logé dans les joints coniques des matières élastomère et résine époxyde, Les performances électriques des éléments assemblés décrits ci dessus sont obtenues de manière efficace sans faire appel à des modes de montage spéciaux pour en obtenir tous les avantages. De plus, tous les éléments constituant la connecteur objet de l'invention peuvent être réalisés, assemblés et préessayés en usine aux conditions électriques de service. De façon plus précise, la figure 1 permettra de mieux comprendre à titre explicatif mais nullement limitatif, la principal forme de réalisation applicable aux principales utilisations à ce jour employés dans le raccordement des appareils tels que trar formateurs, cellules de postes de distribution d'énergie électrique, éléments de coupure désignés dune manière générale appareillage. La figure 1 est une coupe longitudinale éclatée d'un connecteur électrique conforme à l'invention une fois monté, complétant le réisolement d'une pièce électrique d'appareillage. Sur la figure 1, il est possible de visualiser l'assemblage du connecteur électrique conforme à l'invention assemblé sur une piece de raccordement solidaire de l'appareillage haute tension, par exemple transformateur ou cellule de poste de distribution. Il s'agit d'assurer le réisolement électrique de la pièce 22 soli daire de l'appareillage haute tension, cette pièce d'elle même et compte tenu de sa faible ligne de fuite 23 généralement inférieur à 10 cm, ne peut pas être mise sous tension sans risques d'une part de contournement électrique lorsqu'elle est soumise à des tensions supérieure à 10 kV et d'autre part de risques électrique vis à vis du personnel habilité à exploiter l'appareil. La pièce fixe 22 est essentiellement constituée d'une enveloppe 20 généralement en résine isolante epoxyde,l'enveloppe 20 est traversée en partie ou en totalité d'un conducteur électrique 21, soumis à la tension électrique de l'appareil.Afin de reconstituer l'in tégrité électrique de l'interface constituant la ligne de fuite 2 il a été conçu un manchon 30 constitué de matière élastomère isolante et destiné à se resserrer autour de la dite enveloppe 20. Le manchon 30 est lui même installé dans une enveloppe 40 constituée de matière isolante rigide généralement en résine époxyde. Les dimensions extérieures du manchon 30 et intérieures de l'enveloppe 40 sont telles que le manchon 30 peut être mis en place à la main à l'aide d'un lubrifiant approprié par exemple graisse neutre à base de silicone. Le manchon 30 comporte à sa partie supérieure un épaulement 34 destiné à servir de point d'ancrage à l'intérieur 14 de l'enveloppe 40, à sa partie inférieure un épaulement 32 venant en butée sur-le logement 42 de l'enveloppe 40. Il résulte de la combinaison des épaulements supérieur 34 et inférieur 32 que lorsqu'ils sont en place dans les logements supérieur 14 et inférieur 42 de l'enveloppe 40 que le manchon 30 ne peut -se déplacer ni vers le haut lors de l'embrochage ni vers le bas lors du débrochage de l'enveloppe 40 de la pièce fixe 22. A l'intérieur et à la partie supérieure de l'enveloppe 40, il est indispensable de loger une couronne 11 en forme de calotte. Cette couronne 11 doit etre en matériau conducteur de l'électricité de manière à pouvoir etre portée au potentiel du conducteur 21 de la pièce fixe 22. Le choix du matériau constituant la couronne 11 sera dicté par l'impératif de déterminer un matériau non magnétique, laiton par exemple. La liason entre la couronne 11 et l'en- veloppe 40 sera faite aussi intimement que possible en excluant toute présence d'air au niveau du joint 12 lors du moulage de la résine isolante. il est conseillé de dégraisser et de sabler la couronne li avant de procéder au moulage de la résine époxyde. Ces précautions amélioreront sensiblement la qualité électrique du joint 12. La couronne 11 sera équipée d'un conducteur 13 traversant la partie élastomère destiné à venir en contact électrique avec le conducteur 21 soumis à la haute tension, le contact devant avoir lieu lorsque le connecteur objet de l'invention est embroché sur la pièce fixe 22. Lorsque cette opération est réalisée, il résulte du contact électrique entre le conducteur 13 et le conducteur 21 que la couronne 11 est au même potentiel électrique que le conducteur 21 soumis à la tension de l'appareillage, et ceci a pour conséquence de pouvoir admettre la présence d'une poche dtair dans la zone 15.La zône 15 est délimitée par la surface intérieure de la couronne 11 et constitue une chambre équipotentielle pouvant recevoir l'air expulsé des interfaces 23/31 et 43/33 lors de l'embrochage du connecteur. La présence d'air dans cette zône devrait être néfaste au fonctionnement de l'en- semble installé si la couronne 11 était isolée par rapport au conducteur sous tension 21. Ce dispositif élimine donc de façon avantageuse l'effet connu sous le nom d'"-effet corona" qui se produit lorsque deux éléments portés à des potentiels différents sont séparés par de 1 'air. Ge phénomène pourrait se produire par exemple dans les joints des interfaces 43/33 et 23/31.Afin d'éviter toute présence d'air, d'une part entre les interfaces 23/31 et les interfaces 43/33 d'autre part, il suffit de réaliser un emmanchement élastique serrant du manchon 30 sur l'enveloppe 20, et simultanément, un emmanchement élastique serrant du manchon 30 à l'intérieur de l'enveloppe 40.Les diamètres respectifs des interfaces 43 et 33 seront tels que lorsque le connecteur sera er place sur la pièce fixe 22 la qualité diélectrique de l'ensemble sera convenable pour les tensions d'utilisation, les mêmes conditions seront à observer sur les diamètres des interfaces 23 et 31 L'expérience a montré que lorsque le diamètre de l'interface 23 est supérieur d'un à deux millimètres environ à celui de l'interface 31 et que le diamètre de l'interface 33 est supérieur d'un à deux millimètres environ à celui de l'interface 43, les performances électrique sont acceptables pour les tensions d'utilisatic visées et que d'autre part l'assemblage du connecteur sur la pièc fixe 22 se faisait sans effort particulier Afin d'améliorer la qualité des joints diélectriques et de faciliter la mise en place du manchon 30 dans l'enveloppe 40 et d connecteur sur la pièce 22, les interfaces 23/31 et 33/43 sont moulées en forme de conte. Il a été réalisé et testé des connecteurs de ce type et a titre d'exemple pour une longueur d'interface de 48 millimètres entre les points A et B, la tension phase/terre à fréquence industrielle 50 Hertz nécessaire à l'apparition dè l'arc électrique de contournement a été de 85 kv, dans le même temps le seuil de disparition des décharges partielles pour une sensibilité de un picocoulomb était de 24 kV phase/terre.Pour obtenir ces per forlances et pour des raisons de sécurité contre les risques de décharges électriques à la surface du connecteur, la surface extérieure 41 de l'enveloppe 40 doit etre rendue conductrice de l'électricité afin d'assurer le blindage du connecteur. I1 a été utilisé un procédé permettant de recouvrir la surface extérieure 41 d'une couche de zinc déposé par projection à chaud sur la résine époxyde constituant l'isolation de l'enveloppe 40. Avant de procéder à cette opération, la surface 41 de la résine époxyde de l'enveloppe 40 avait subit une opération de sablage afin d'ami liorer l'accrochage des particules de zinc sur la matière isolant D'autres matériaux non magnétiques tels que le cuivre pourraient être utilisés pour réaliser le blindage. D'une manière générale le blindage extérieur doit être relié électriquement 44 à la masse de l'appareil raccorder ou au blindage des câbles à raccorder lorsque le connecteur est destiné à équiper un cable haute tension. REVENDICATIONS 1. Dispositifs destines à réaliser un connecteur électrique servant à isoler des éléments sous tension électrique élevée, à raccorder des câbles à haute tension à des appareils utilisés dans les installations de distribution d'énergie électrique à haute tension, le connecteur étant caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments, le premier en matière isolante élastomère, le deuxième en matière isolante rigide en résine rendue extérieurement conduc- trice de l'électricité par un dépôt métallique non magnétique servant de blindage au connecteur et, intérieurement, d'un répartiteur métallique non magnétique servant à éliminer les contraintes diélectriques dans la zône de raccordement de la haute tension. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le connecteur comporte une chambre équipotentielle destinée à recevoir ltair libéré lors de l'embrochage afin d'en éliminer les risques d'ionisation. 3. Dispositifs selon les revendications 1 et 2 caractérisés en ce que l'assemblage de la partie en élastomère dans l'enveloppe en résine époxyde se fait d'une manière conique et que le manchon comporte en ses parties inférieure et supérieure un épaulement évitant tout glissement dans l'enveloppe en résine lors de l'embrochage et/ou du débrochage. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes en ce que les dimensions intérieure de l'enveloppe en résine et extérieure du manchon en élastomère sont telles que l'emmanchement du connecteur sur la pièce à isoler sera serrant.