Brevet FR2525021A1 — publié le 19831014

Ia présente invention concerne un isolateur suspendu, à effet massif, en matière polymère pour le support de conducteurs électriques, possédant des caractéristiques améliorées en ce qui concerne les effets corona et les effets perturbateurs Les isolateurs suspendus à ftt massif en matière polymère présentent, comme tous les isolateurs à tige, l'inconvénient d'une répartition non linéaire de la tension sur leur longueur, bien plus encore que ceux dont le fût est interrompu par des éléments métalliques intermédiaires comme dans les isolateurs suspendus usuels en matière céramique .Cette répartition non linéaire entraine une augmentation excessive de la tension dans la zone voisine des ferrures de l'isolateur, en particulier å son extrémité proche des conducteurs de courant, cette augmentation de la tension croiseant avec la gamme de tensions prévue pour l'iso- lateur et pouvant aboutir a une décharge par ionisation de l'air dans la zone de forte tension, engendrant des effets corona et perturbateurs Âvec les isolateurs en matière polymèrè, ce phénomène se produit avec des éléments soumis à des tensions de réseau supérieures à 138 kV . Jusqu' cette tension, la ferrure d'embout usuelle suffit à maintenir la tension perturbatrice (bruit parasite) en dessous de 100 microvolts pour la tension nominale de travail de la ligne par rapport a la terre,ou même pour les tensions dépassant cette tension nominale de 10 % ou plus Mais pour les tensions de réseau égales ou supérieures à 161 kV, les bruits perturbateurs engendrés deviennent excessifs et la conception classique devient inapplicable .On doit donc trouver un moyen simple et efficace pour réduire cette charge exercée par la tension à des niveaux où elle ne causera ni effet corona ni bruits perturbateurs excessifs Cette réduction de la charge de tension peut s'obtenir par le moyen bien connu des anneaux anti-corona, mais ceux-ci sont motteux, de dimensions mal commodes, et obstruent le champ de vision pour les tensions égales ou supérieures à 161 kV pour lesquelles les conducteurs aériens apparaissent rapprochés a 11 observateur au sol. L'apparition des conditions entrainant une décharge par ionisation de l'air dépend de la forte densité deflux de -champ (gradient de tension) a l'interface de la ferrure d'embout et de la partie isolante . A cet interface, l'isolant organique, la ferrure, et l'air environnant se trouvent tous dans un flux de champ élevé. Les niveaux de tension et les flux de champ qui les accompagnent peuvent être tolérés jusqu'à une certaine valeur avant que la décharge dans l'air ne se produise. Leproblèmedes-effets corona~et des bruits terturba- teurs peut être résolu, même dans le cas de tensions de réseau élevées, si l'on parvient à atténuer la forte pente du gradient de tension L'emploi de polymères semi-conducteurs sur la ferrure de l'extrémité haute tension permet de réduire le gradient de tension et d'éliminer, ou de réduire à des niveaux acceptables, les effets corona et perturba. teurs . les auteurs de la présente invention ont également découvert que ce but, ainsi que l'allongement de la distance de fuite, souhaitable en soi pour tous les isolateurs et en particulier pour ceux appelés à travailler exposés à une contamination, pouvait être atteint au moyen d'une cloche d'isolateur spéciale . En outre, cette cloche spéciale, qui pourra etre appelée "cloche anti-corona", pourra avoir le même aspect que toutes les autres cloches de l'isolateur et améliorera l'aspect esthétique de ce dernier . De plus, une telle cloche anti-corona, pouvant être réalisée par les techniques usuelles de moulage, sera peu cot- teuse Les auteurs de la présente invention ont également découvert que, si l'on utilisait des polymères semiconducteurs, il n'était pas nécessaire que la cloche anti-corona soit en contact électrique intime avec la ferrure d'embout et qu'il suffirait d'un ou de quelques contacts ponctuels, ce qui éliminerait les. écarts Q- ventuels de tension dans les vides .Dans un isolateur n'utilisant pas d'élastomères semi-conducteurs au contact des ferrures d'embout, toute poche d'air subsistant entre l'isolant et la ferrure peut isoler la matière organique de l'interface métallique tendant à engendrer des effets corona et perturbateurs . L'effet corona ainsi engendré pourra endommager l'isolant organique et même le détruire . Du fait que la cloche anti-corona est réalisée indépendamment de la ferrure d'embout, et du fait que cette dernière peut ne pas être uniformément lisse, il y a de fortes chances pour que de tels vides néfastes existent à l'interface de la ferrure d'embout et de la cloche qui, en quelque sorte, coiffe cette ferrure Dans le passé, on a cherché à réaliser des cloches coiffant les ferrures d'embout d'isolateurs, utilisant des graisses emplissant les vides apparaissant éventuellement à cet interface .Mais ces graisses sont sujettes à se déplacer et/ou à se laisser absorber dans la matière isolante organique solide après un certain laps de temps et n'assurent donc pas une solution définitive du problème . Deux types d'isolateurs utilisant des composants non liés ensemble sont décrits dans les Brevets des Etats-Unis d'Amérique No 3.549.791 et 3.8g8.372 .Des projets antérieurs, utilisant des composants liés ou vulcanisés sont décrits dans les Brevets Britanniques No 1.182.045 et 1.292.276 et dans les Brevets Allemands No 2.650.363 et 2.746.870, correspondant respectivement aux Brevets des Etats-Unis d'Amérique No 4.217.466 et 4.246.696 L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à quelques exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une coupe axiale d'un isolateur sus pendu, en matière polymère, conforme à un !modèle an térieurement connu - la figure 2 est une coupe axiale d'un isolateur sus pendu, en matière polymère, conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention - la figure 3 est une coupe axiale d'un isolateur sus pendu, en matière polymère, conforme à un second mode de réalisation de la présente invention ; et - la figure 4 est une coupe axiale d'un élément élas tomère semi-conducteur selon l'invention, ne compor tant pas de cloche protectrice saillante L'isolateur suspendu 1, de modèle antérieurement connu, représenté à la figure 1, comprend un élément central 10 fait de fibree de verre liées par une résine, et aux extrémités inférieure et supérieure duquel sont fixées des ferrures 11 . Ces ferrures 11 peuvent être fixées à l'élément central 10 de diverses façons, le modèle représenté montrant une pièce conique 12 en matière époxyde couléeXcomme étant déjà courant .L'élément central 10 est enfermé dans une gaine 14 pouvant être soudée à un rebord 15 de la ferrure d'embout 11 Plusieurs jupes ou cloches de protection contre les intempéries 16, d'une façon générale toutes semblables, sont soudées à la gaine 14 . Cette conformation d'isolateur suspendu est bien connue dans la branche d'industrie en question mais, aux hautes tensions, du fait de l'intensité des flux de champ au voisinage des ferrures d'embout, des bruits perturbateurs seront engendrés à ces tensions et en particulier aux tensions de réseau supérieures à 138 kV Comme le montre la figure 2, les auteurs de l'invention ont découvert qu'il était possible de réaliser un isolateur approprié en matière polymère incorporant le principe d'une pellicule semi-conductrice recouvrant un corps isolant .Selon un mode de réalisation de la présente invention, une tige de fibres de verre 18 est recouverte, sur toute sa longueur, par une gaine isolante 17 à laquelle sont fixées des cloches 19 pourvues de cols 20 . Les ensembles d'une seule pièce, cloche 19 et col 20, sont conformés de façon que chaque cloche prenne contact, par son col, avec la cloche voisine par le col de cette dernière . La figure 2 montre clairement que chaque col 20 s'engage dans une rainure formée dans la cloche voisine . L'ensemble cloche et col le plus rapproché de la ferrure d'embout 11 doit s'étendre jusqu'à cette dernière . Sur la figure 2, ce contact est réalisé au moyen d'un manchon 22. De cette façon, la gaine 17 est entièrement recouverte par une surface ininterrompue constituée par les ensembles cloches et cols . La garnie 17 et les ensembles cloches et cols 19-20 peuvent être faits de toutes matières convenant à la constitution d'isolateurs haute tension pour installations extérieures telles que, par exemple, du caoutchouc d'éthylène et de propylène les ensembles couches et cols 19-20 doivent être correctement soudés à la gaine 17, et celle-ci à la tige 18, pour éviter la formation, entre leurs surfaces en contact, de cheminements s'offrant, par exemple, au passage du courant ou à l'accumulation d'humidité Cette liaison peut titre réalisée au moyen d'adhésifs ou par la vulcanisation de la gaine 17, non vulcanisée, a des éléments prévulcanisés tels que les cloches 19, les cols 20, et la tige 18 Si les ensembles cloches et cols 19-20 sont tous faits d'une composition isolante, on ne constatera aucune dispersion de la charge de tension . Mais si l'ensemble cloche et col 21-20 et le manchon 22 les plus proches de la ferrure d'embout sont semi-conducteurs, la charge de tension élevée s'étalera sur une zone plus étendue, ce qui entraînera une diminution sensible de l'intensité corona .On a également constaté que l'efficacité de l'invention était plus grande lorsque plusieurs ensembles cloches et cols 21-20 ainsi que le manchon de contact 22 étaisnt tous faits d'une matière semiconductrice La figure 3 montre un autre mode de réalisation de l'invention, dispensant de l'obligation d'éviter complètement les vides entre les éléments élastomères de l'isolateur et la ferrure d'embout . Si un vide, ou cavité, est entouré de surfaces équipotentielles, il ne sera pas le siège de décharges partielles .En rendant conducteur l'élastomère de prise de contact 23 de la cloche 24, cet élastomère et la ferrure d'embout seront au même potentiel électrique et les bruits perturbateurs qui y seront engendrés lorsqu'ils sont soumie à tension se trouveront réduits Les isolateurs utilisant la cloche anti-corona 21 et le manchon 22 de la figure 2, ou la cloche anti-corona 2324 de la figure 3, ont été soumis à des essais qui ont révélé que ces isolateurs suspendus en matière polymère peuvent être utilisés avec des tensions de réseau d'au moins 230 kV avec des niveaux extrêmement bas (inférieurs à 100 microvolts) de tension perturbatrice et sans effet corona visible . les isolateurs de mame type, mais non conformes à l'invention, soumis aux mêmes essais, n'engendrent pas seulement des tensions perturbatrices beaucoup plus élevées mais laissent apparaitre des effets corona visibles . Ces cloches anticorona sont peu couveuses en comparaison des anneaux anti-corona et, de plus, beaucoup moins volumineuses et obstruantes . les cloches anti-corona ont le même aspect externe que les isolateurs ordinaires et ne sont donc pas déplaisantes à la vue de l'observateur En outre, la cloche anti-corona semi-conductrice de la figure 3 allonge le chemin de fuite de l'isolateur et améliore donc son rendement lorsqu'il travaille en milieu contaminant La conception spécifique de la cloche anti-corona 23-24 de la figure 3 appelle d'autres commentaires . I1 y a intérêt à empêcher les dommages par érosion infligés à l'élénent élastomère semi-conducteur 23 par les courants de fuite très intenses .A cette fin, l'élément élastomère 2, est placé, et essentiellement enfermé, dans une cavité d'un élément élastomère non-coucteur 24 rùsistant à I'érovion, exposé de toutes parts aux intempéries et aux courants de fuite supe-ficiels Cette forme de cloche anti-corona 23-24 présente une forte résistance à l'érosion et apporte la solution recherchée aux problèmes des bruits parasites et de l'effet corona dûs à la présence d'un flux de champ très élevé à a jonction de l'air, du métal et de l'élastomère La figure 4 montre un élément apparenté à la cloche anti-corona 23-24 de la figure 3, élément qu'on pourrait appeler "écran anti-corona" . Cet écran anticorona ne diffère de la cloche anti-corona que par l'absence de parties saillantes abritant des intempéries .L'écran anti-corona a pour but, comme la cloche anti-corona, d'éliminer les bruits perturbateurs et les effets corona et s'emploie dans les cas où l'on doit protéger une ferrure supérieure car on saisit facilement que, si on utilisait la cloche anti-corona à l'extrémité supérieure de l'isolateur, elle serait inversée et recueillerait les eaux de pluie Les spécialistes de ces questions comprendront que la cloche et l' cran anti-corona pourront différer de plusieurs façons des modèle représentés sans, pour cela, s encarter du domaine de l'invention REVENDICATIONS 1. Isolateur allongé pour hautes tensions, utilisable avec des tensions supérieures à 138 kV dans des ins tallations extérieures, constitué par : un élément isolateur (18) en matière non conductrice ; une fer rure (11) pour hautes tensions, fixée à l'élément isolateur(18); et une pluralité de segments élasto mères (19) sur l'élément isolateur (18), l'un des dits segments, proche du point de raccordement, é tant en contact avec la ferrure pour hautes tensions (11) ; ledit isolateur étant caractérisé en ce qu'u ne partie dudit segment proche du point de raccorde- ment est composée de matière élastomère semi-conduc trice (23) portant directement contre ladite ferrure pour hautes tensions (11) et offrant une surface équipotentielle en contact avec ladite ferrure (11), ledit segment proche du point de raccordement com portant une matière élastomère non conductrice (24) embrassant ladite matière élastomère semi-conduc trice (23) pour la protéger contre l'environnement 2. Isolateur selon la Revendication 1, caractérisé en outre en ce que l'élément isolateur (18) est une tige de traction, en ce qu'une gaine élastomère (17) recouvre ladite tige (18), et en ce que ladite plu ralité de segments élastomères (19) sont placés sur ladite gatne (17) 3.Isolateur selon la Revendication 1, caractérisé en outre en ce qu'une gaine élastomère (17) recouvre essntiellement l'élément isolateur (18), en ce que les segments élastomères comportent des cloches (19) placés sur la gaine (17), juxtaposéasles unes aux autres, et recouvrant essentiellement ensemble la dite gaine (17), et en ce qu'un col (20) est formé sur 18 pluralité desdites cloches (19) et d'une seule pièce avec elles, chacun desdits cols (20) s'engagent dans une rainure formée dans la cloche (19) immédiatement contiguë, celui desdits segments proche du point de raccordement comportant un ren- foncement interne proche de ladite ferrure pour hautes tensions (i1), et ladite matière élastomère semi-conductrice (23) étant placée dans ledit ren foncement