Brevet FR2506947A1 — publié le 19821203

La présente invention concerne un dispositif pour mesurer les tensions alternatives élevées dans des installations de commutation haute tension, en particulier dans des installations de commutation haute tension isolées au gaz SF6, en boite métallique, comprenant au moins deux résistances ohmiques formant un répartiteur de tension ohmique et disposées en série entre le potentiel haute tension et la terre, dont la résistance reliée à la terre sert de résistance de mesure, la résistance du côté haute tension et la résistance de mesure étant formées respectivement d'au moins un élément de résistance constitué(s) d'un corps isolant et d'une matière de résistance appliquée par dessus. La demande de brevet allemand publiée DE-OS 29 30 672 a pour objet un dispositif du type indiqué cidessus. Les trajets individuels de résistance de ce dispositif sont appliqués sur des éléments de résistance de telle manière que les éléments individuels de résistance soient rassemblés en un système de construction par blocs soit du côté haute tension, soit du côté basse tension de la résistance du diviseur de tension. Les éléments de résistance sont en forme de disque de manière que leur diamètre externe et ainsi également le diamètre de l'enveloppe métallique mise à la terre qui les entoure soient très importants.Par ailleurs, dans le dispositif décrit dans cette demande de brevet allemand DE OS 29 30 672, il est nécessaire de prévoir,entre les éléments individuels de résistance en forme de disques, des disques de commande capacitifs pour commander la répartition des tensions lors des phénomènes transitoires. Le problème qui est à la base de la présente invention est donc de produire un dispositif du type mentionné ci-dessus dans lequel d'une part le nombre des éléments est réduit par rapport à ceux du dispositif décrit dans la demande de brevet mentionné ci-dessus, pour obtenir une structure particulièrement simple, et d'autre part où l'encombrement est nettement diminué. Ce problème est résolu selon la présente invention en conformant le corps isolant comme un tube et en appliquant sur son côté externe la matière de résistance et en ce que la commande de la répartition des tensions en cas de transitoires est réalisée par une électrode unique de commande en forme de capuchon. D'autres formes de réalisation avantageuses de la présente invention prévoient en particulier de disposer les trajets de résistance sur le corps isolant tubulaire. On a également la possibilité d'utiliser comme matière de résistance des bandes de résistance connues en soi qui sont appliquées sur le côté externe du tube isolant et y sont reliées l'une à l'autre par des bagues de contact métalliques. On prévoit également une solution dans laquelle les bandes de résistance sont fixées. On-utilise comme bandes de résistance de cette sorte des éléments de résistance qui comportent un corps en céramique allongé en forme de bande sur lequel est appliqué un trajet de résistance en pellicule épaisse. Les extrémités de ce trajet de résistance en pellicule sont en liaison avec une face de contact placée sur le support en céramique. La bague de contact ou les bagues de contact recouvrent alors à l'état de montage les faces de contact des bandes de résistance se faisant face ou disposées en une série. Pour constituer le trajet de résistance, on emploie la pâte de résistance ou une pâte de résistance en pellicule épaisse qui est constituée par une matière de résistance finement divisée, des particules de verre, des supports organiques et des additifs. La pâte, après application sur le corps support. ainsi soit sur le corps isolant, soit sur le corps en céramique, est séchée à environ 1300C et est frittée à environ 8500C pour donner une matière de résistance dure. L'avantage particulier obtenu avec le dispositif selon la présente invention est constitué par le fait que le dispositif de mesure est construit d'une manière particulièrement simple à partir de peu de composants et que le diamètre externe du dispositif se trouve nettement réduit. Pour commander la répartition capacitive des tensions, on prévoit une électrode de commande qui est conformée de manière qu'elle uniformise la répartition du champ le long de la surface de la résistance tubulaire pour la fréquence de fonctionnement de la tension alternative à mesurer du conducteur haute tension. On utilise dans ce but et de préférence une électrode de commande métallique en forme de capuchon ou constituée de matière plastique métallisée, qui est connectée mécaniquement et électriquement avec le conducteur haute tension et qui, par sa longueur, recouvre au moins partiellement le circuit série formé par la résistance côté haute tension et/ou côté basse tension. Sur le côté basse tension de l'électrode de commande en forme de capuchon, on prévoit un tore de commande annulaire pour réduire l'intensité du champ électrique présent à cet endroit.L'électrode de commande en forme de capuchon comporte des entailles, par exemple des fentes ou des perçages, pour céder plus efficacement la chaleur de perte développée dans la résistance côté haute tension. Le contour de l'électrode de commande en forme de capuchon a une dimension telle que la répartition de l'intensité du champ le long de la résistance côté haute tension et/ou basse tension, à la fréquence de fonctionnement, est presque linéaire, et que lors de la survenance de tensions de chocs de commutation ou d'éclairs, on puisse éviter une sollicitation diélectrique inadmissible des éléments de résistance. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre de plusieurs formes de réalisation, faite à titre d'exemple et non limitativement, et à l'aide des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma équivalent de la forme de réalisation selon la demande de brevet allemand publiée DE-OS 29 30 672 ou selon la présente invention lorsque la résistance de mesure est disposée à l'intérieur de l'enveloppe - la figure 2 est une représentation schématique d'une première forme de réalisation du dispositif selon la présente invention pour une installation de commutation haute tension enveloppée en une seule phase - la figure 3 est une conformation ressemblant à celle de la figure 2, seulement pour une installation de commutation enveloppée en trois phases - les figures 4 à 7 sont des représentations montrant le type d'application des trajets de résistance - la figure 8 est une vue partielle en perspective d'une résistance selon la présente invention avec des bandes de résistance - la figure 9 est une vue en coupe dans la zone A en représentation agrandie - la figure 10 est une vue de dessus d'une bande de résistance qui trouve son emploi avec la forme de réalisation selon les figures 8 et 9 ; et - la figure 11 est une vue de détail du serrage de l'électrode de commande en forme de capuchon entre le conducteur haute tension et la résistance côté haute tension. Si on se réfère à la figure 1, on y voit un schéma équivalent représentant schématiquement le dispositif selon la présente invention. Le dispositif selon la présente invention est monté dans une capsule métallique 10 qui est mise à la masse. La capsule 10 comporte à une extrémité un rebord 12 auquel est raccordé un couvercle 14 qui ferme la capsule du côté de l'extrémité libre. A l'intérieur de la capsule ou enveloppe métallique, on reconnaît un conducteur haute tension 16 auquel se raccorde une résistance côté haute tension ou côté surtension 18 qui est en liaison avec une résistance côté basse tension ou côté masse qui elle-même est raccordée à la terre, ici au couvercle 14 de la capsule métallique. Entre la résistance côté haute tension et la résistance côté basse tension 18 ou 20 est raccordé un conducteur de mesure 22 appliqué à l'amplificateur 24 dont le signal de sortie est amené à un appareil de mesure 26. De conducteur de retour de l'amplificateur à la terre est désigné par le numéro 28. Le conducteur de mesure 22 passe par l'orifice 30 du couvercle 14 de façon isolante par rapport à celui-ci. La résistance côté basse tension 20 est ici la résistance de mesure. Pour effectuer la mesure, on se sert ainsi de la chute de tension sur la résistance de mesure. La figure 2 montre le dispositif selon la présente invention en représentation schématique. Sur le conducteur haute tension 16, se raccorde la résistance côté haute tension 18 qui est formée par un corps isolant tubulaire 32, des trajets de résistance (voir figures 4 à 10) étant alors disposés sur le corps isolant tubulaire 32. A la résistance 18 côté haute tension, se raccorde la résistance de mesure côté basse tension 20 qui est également formée par un corps isolant tubulaire 34 sur lequel sont placés, de la même façon que pour le corps isolant 32, des trajets de résistance, d'unie manière ressemblant à celle de la configuration selon les figures 4 à 7 ou bien 8 à 10. La liaison électriquement conductrice entre la résistance 18 et la résistance 20 a lieu par l'intermédiaire d'une plaque métallique 36 et la résistance de mesure 20 est également fermée par une plaque métallique 38. Le conducteur de mesure 22 est raccordé sur la plaque métallique 36 à l'intérieur du corps isolant tubulaire 34 et il est conduit à travers ce dernier ainsi que par un orifice 4C à travers la plaque métallique 38 de façon isolante par rapport à celle-ci. En outre, la plaque métallique 38 est reliée à la terre. Ceci a lieu dans la forme de réalisation selon la figure 2 au moyen d'un conducteur de liaison 42 qui relie la plaque métallique 38 au couvercle 14. L'amplificateur 24 et l'appareil de mesure 26 se trouvent à l'extérieur de la capsule métallique. A l'extrémité côté basse tension de la résistance 18 est disposée une électrode de commande toroldale 44 sur laquelle se raccorde une électrode de commande 46 en forme de capuchon qui est serrée en 48 entre le conducteur haute tension et la résistance de mesure 18. L'électrode de commande en forme de capuchon s'amincit en cône tronqué à partir de l'électrode 44 et, dans la zone de l'extrémité côté haute tension de la résistance 18, se transforme en une sorte de demi-coquille 52. La zone tronconique 50 comporte des orifices 54 qui peuvent être réalisés soit comme des perçages, soit comme des fentes et qui servent à évacuer la chaleur. L'électrode de commande 44/46 sert à uniformiser l'intensité du champ électrique, et ceci vaut particulièrement pour la fréquence de fonctionnement de la tension alternative à mesurer sur le conducteur de haute tension 16. En même temps, l'électrode de commande compense en grande partie l'influence des capacités parasites entre la résistance 18 et la capsule métallique, de telle sorte que lorsque surviennent des tensions chocs, on évite une sollicitation diélectrique excessive de la résistance 18 côté haute tension.L'espace se trouvant à l'intérieur de la capsule métallique 10 pour le gaz est rempli d'un gaz isolant, ici d'hexafluorure de soufre. Le dispositif selon la figure 2 est une installation de commutation enveloppée de façon monophasée. il y a également et naturellement la possibilité d'employer le dispositif selon la présente invention dans une installation de commutation enveloppée de façon triphasée. Cette utilisation est représentée à la figure 3. A l'intérieur d'une capsule métallique 60 qui est fermée à son extrémité libre au moyen d'un couvercle 62 sont disposés des conducteurs haute tension R, S, T qui sont guidés par un isolateur 64 qui peut servir d'isolateur de cloison étanche et qui à tout le moins est un isolateur d'appui. Le dispositif de mesure selon la figure 3 est maintenant raccordé au conducteur R ainsi qu'aux conducteurs S et T (pour montrer les points communs avec le dispositif selon la figure 2, les différents composants ont les mêmes numéros de référence avec les indices correspondants R, S, T,). L'amplificateur qui a à travailler sur les signaux de la résistance de mesure 20 R, 20 S et 20 T est désigné par le numéro de référence 66. L'appareil de mesure proprement dit n'est pas représenté. Tant la résistance 18 côté haute tension que la résistance 20 côté basse tension peuvent être réalisées de la manière représentée aux figures 4 à 7. Sur le corps isolant 32' ou 34, des trajets de résistance 70 sont placés sous forme de bandes,de telle façon que les trajets de résistance 70 soient parallèles à l'axe longitudinal 72 du corps isolant 32/34 de la surface externe du corps isolant. Dans la conformation selon la figure 5, les trajets de résistance 74 sont en spirale ; dans l'agencement selon la figure 6, les trajets de résistance 76 s'étendent le long de l'axe 72 du corps isolant et les trajets de résistance 78 transversalement par rapport à cet axe longitudinal 72,si bien qu'il est formé une sorte de trame croisée avec des trajets de résistance montés en série et en parallèle. On peut envisager une combinaison de l'agencement selon la figure 5 avec l'agencement selon la figure 4 ou un agencement de la figure 5 selon la disposition répondant à la figure 6. On peut également envisager un système selon lequel deux trajets de résistance en spirale selon la figure 5 qui évoluent à contresens sont disposés l'un sur l'autre, ce qui forme également une sorte de trame croisée (trajets 77 et 79). Aux figures 7-9, la matière de résistance en pellicule épaisse est appliquée comme une couche homogène sur le corps isolant 32 ou 34. il est possible,à l'aide des différentes possibilités décrites pour l'agencement de la matière de résistance en pellicule épaisse sur le corps isolant, de régler la valeur de résistance de la résistance côté haute tension ou de la résistance côté basse tension pour l'amener dans une autre gamme. Il y a également la possibilité de placer sur le corps isolant 32 ou 34 des bandes de résistance dont la forme est représentée à la figure 10. La bande de résistance selon la figure 10 possède un corps support 80 en matière isolante,en particulier céramique, sur lequel un trajet de résistance 82 en pâte de résistance en pellicule épaisse est disposé. Les extrémités libres des trajets de résistance 82 sont reliées à des faces de contact 84 et 86 à conduction électrique. Toute la bande de résistance est désignée par le numéro de référence 88. Dans la conformation selon la figure 8, plusieurs séries de trajets de résistance 88 alignés l'un sur l'autre sont réparties régulièrement sur le corps isolant 32 ou le corps isolant 34.Les différentes bandes de résistance 88 se terminent ici avec un espace D l'une par rapport à l'autre,qui est recouvert d'une bague métallique de contact 90 de telle manière que les faces de contact 84 et 86 des deux bandes respectives de contact 88 se faisant face et alignées l'une sur l'autre sont reliées l'une à l'autre avec conduction électrique par l'intermédiaire de la bague de contact 90. De ce fait, les différentes séries de bandes de contact 88 et les diverses bandes 88 de contact se trouvant en série sont reliées l'une à l'autre avec conduction électrique. Les bagues de contact 90 comportent une face interne 92 cylindrique ainsi qu'une face externe 94 en segment de cercle ou arquée pour éviter les arêtes. La figure 11 montre en coupe une forme de réalisation exemplaire du serrage de l'électrode de commande en forme de capuchon entre le conducteur haute tension 16 et le corps isolant 32 portant la résistance 18 côté haute tension. Dans la forme de réalisation montrée, le conducteur haute tension 16 est muni d'un appendice 100 servant à centrer le capuchon de commande ou le fond de capuchon 52. Du côté tourné vers le corps isolant, on dispose un support métallique 101 pour le tube isolant. On comprime le fond du capuchon entre la face d'extrémité 105 du support 101 de tube isolant et la face d'extrémité du conducteur 16 au moyen d'une liaison par vis 102 qui pénètre dans un trou taraudé 103 à l'intérieur du conducteur 16. Le corps isolant 16 est fixé au moyen d'une liaison par colle 104 dans la zone cylindrique intérieure du support 101 de tube isolant. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer des tensions alternatives élevées dans des installations de commutation haute tension, en particulier dans des installations de commutation haute tension isolées au gaz SF6 dans des capsules métalliques, et comportant au moins deux résistances ohmiques (18, 20) constituant un diviseur ohmique de tension et disposées entre le potentiel haute tension et la masse, dont la résistance raccordée à la masse sert de résistance de mesure (20), la résistance (18) côté haute tension et la résistance de mesure (20) étant formées respectivement d'au moins un élément de résistance constitué(s) d'un corps isolant (32, 34) et d'une matière de résistance appliquée dessus, dispositif caractérisé en ce que le corps isolant (32, 34) est tubulaire et la matière de résistance a été appliquée sur son bord externe et en ce que la répartition de tension en cas de transitoires est commandée par une électrode de commande unique en forme de capuchon (46). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé ence que la matière de résistance est une pâte en pellicule épaisse. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière de résistance est une pâte en pellicule épaisse appliquée sur le corps isolant (32,34) sous la forme de trajets de résistance. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les trajets de résistance sont parallèles à l'axe longitudinal du corps isolant (32, 34). 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les trajets de résistance (74) sont appliqués en spirale sur le corps isolant (32, 34). 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les trajets de résistance (77, 79) sont appliqués en spirale sur ie corps isolant et en décalage l'un par rapport à l'autre de telle façon que les trajets individuels de résistance se croisent. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les trajets de résistance (76, 78) sont appliqués additionnellement sur une périphérie circulaire du corps isolant. 8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la matière de résistance est appliquée de façon homogène sur la face enveloppe du corps isolant (32, 34). 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que sont appliquées sur le corps isolant des bandes de résistance (88) du type habituel dans le commerce qui s'étendent dans le sens longitudinal du corps isolant et sont reliées par un conducteur de liaison (90) aux extrémités se faisant face. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on prévoit des conducteurs de liaison métalliques sous forme de bagues de contact (90) qui recouvrent les faces de mise en contact (84, 86) de deux bandes respectives de résistance en vis-à-vis et,additionnellement, fixent sur le corps isolant les différentes bandes de résistance. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistance (18) côté haute tension est entourée à son extrémité côté terre par une électrode annulaire (44) à laquelle se raccorde une électrode de commande (46) qui s'amincit en direction de l'extrémité côté haute tension de la résistance (18). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'électrode de commande (46) en forme de capuchon est traversée par des orifices (54) sous forme de fentes, perçages et analogues.