Brevet FR2574979A1 — publié le 19860620

La présente invention concerne les isolateurs du type couramment utilisé pour le support des lignes de trans- mission d'énergie à haute tension et d'autres éléments élec- triques et en particulier elle concerne une structure d'iso- lateur comprenant au moins une fibre optique permettant des communications. On utilise couramment des isolateurs pour le sup- port des lignes de transmission d'énergie à haute tension et d'autres éléments et pour le maintien de ces éléments à distance d'autres structures de support telles que des pylônes de support, des bottiers et analogues qui sont nor- malement au potentiel de la masse ou à un potentiel très voisin de celuici. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 898 372 représente un exemple d'isolateur de ce type général. Les isolateurs modernes de ce type comportent en général une tige centrale d'un matériau i;solant, par exemple à base de fibres de verre, dont les extrérités sont fermement fixées à des organes qui sont normalement conducteurs de l'électricité. La tige et les organes d'extrémités forment la structure principale d'encaissement des forces, la tige étant très robuste et les organes d'extrémités étant sertis ou fixés à demeure d'une autre manière aux extrémités de la tige. Celle-ci est habituellement entourée par une série d'organes formant des jupes appelés "cloches" formées d'un matériau ayant de bonnes propriétés d'isolement, à l'origine des céramiques mais plus récemment un polymère analogue à du caoutchouc, par exemple un polymère l'éthylène, de propylène et de diène monomère. Les cloches sont placées bout à bout le long de la tige afin qu'elles forment un très long trajet à la surface externe entre les organes conducteurs d'extrémités, la longueur de la tige et le nombre de cloches étant choisis en fonction de la tension, d'une manière bien connue. Enfin, un matériau diélectrique est utilisé pour le remplissage des espaces délimités entre les cloches et l'organe central de manière que la saleté et l'humidité qui pourraient former un trajet conducteur ne puissent pas pénétrer. Un matériau tel qu'une graisse de silicone convient à cet effet. Lors de l'utilisation, ces isolateurs sont montés de manière que les organes d'extrémités soient raccordés à des emplacements entre lesquels la différence de potentiel est élevée ou peut être élevée. L'isolateur peut être utilisé comme organe de suspension qui supporte une ligne de trans- mission d'énergie, l'isolateur étant suspendu entre un bras de pylône et la ligne de transmission, ou il peut être uti- lisé comme organe fixe supporté par un boîtier, l'élément à haute tension se trouvant à l'extrémité supérieure. L'invention concerne un isolateur qui comporte une ou plusieurs fibres optiques logées dans la structure de l'isolateur et protégées par celleci, afin qu'un canal de communication qui n'est pas affecté par la différence de potentiel puisse être formé, ce canal étant pratiquement insensible aux interférences électromagnétiques qui peuvent être nuisibles à tout autre type de canal de communication. Elle concerne aussi une technique de détection et de mesure de caractéristiques physiques d'un élément à haute tension, par exemple une température, une tension, un courant ou analogue, par mise en oeuvre d'un isolateur comportant une ou plusieurs fibres optiques incorporées afin qu'elles transmettent l'information détectée à un empla- cement commode. L'invention concerne aussi une technique de commu- nication qui peut être mise en oeuvre entre des emplacements géographiquement distants mais à proximité d'une ligne de transmission d'énergie, par mise en oeuvra d'isolateurs ayant des fibres optiques incorporées, et d'une ligne de transmission comprenant une ou plusieurs fibres optiques placées entre les emplacements de support. L'invention concerne ainsi un iEolateur ayant un organe central possédant une résistance nécanique élevée et non conducteur de-l'électricité, avec des raccords de fixation aux extrémités de cet organe af-n que celui-ci puisse être fixé à des dispositifs qui doivent être séparés physiquement l'un de l'autre et qui sont à des potentiels électriques différents. Plusieurs cloches sont placées bout à bout le long de l'organe d'armature, chaque cloche entou- rant cet organe. L'isolateur comporte en outre au moins une fibre optique disposée le long de l'organe d'armature à l'intérieur des cloches et destinée à former un trajet de communication entre les deux extréimités de l'isolateur. L'invention concerne aussi un appareil de détection d'une caractéristique physique d'un élément à haute tension destiné à donner une indication sur la valeur de la carac- téristique détectée à un emplacement plus proche du potentiel de la masse, cet appareil comprenant un isolateur allongé ayant une partie centrale formée d'un matériau non conducteur de l'électricité, des organes d'extrémités raccordés soit à l'élément à haute tension ou à un emplacement de support, et une fibre optique passant dans la-partie centrale. Un capteur est raccordé à l'élément à haute tension et est destiné à détecter la caractéristique et à former un signal électromagnétique variable représentatif des valeurs de la caractéristique à mesurer. Le signal électromagnétique est couplé-à la fibre optique à l'extrémité à haute tension de l'isolateur et l'appareil comporte en outre un dispositif couplé à la fibre optique à l'extrémité qui est au potentiel de la masse, dans l'isolateur, afin qu'il reçoive le signal électromagnétique et qu'il donne une indication sur les valeurs de ladite caractéristique. L'invention concerne aussi une l:.aison de communi- cation entre deux emplacements délimités:.e long d'une ligne de transmission d'énergie électrique, comprenant un émetteur placé à un premier emplacement et destiné à former des signaux électromagnétiques d'un type qui peut être transmis le long d'une fibre optique et un récepteur, disp)sé à l'autre empla- cement et destiné à recevoir les signaux ilectromagnétiques. Une structure de support de la ligne de transmission est disposée à chaque emplacement et chacune des structures a un isolateur de support qui comporte une partie centrale allongée d'un matériau non conducteur de l'électricité, des organes d'extrémités raccordés d'une part à la ligne de transmission et d'autre part à un emplacement de support, et une fibre optique placée dans la partie centrale. Une fibre optique au moins est disposée le long de la ligne de transmission délimitée entre les isolateurs de support, la fibre étant couplée optiquement à ses deux extrémités aux fibres des isolateurs. Un dispositif est destiné à transmettre des signaux électriques de l'émetteur à la fibre optique de l'un des isolateurs, à un premier emplacement et, à l'autre emplacement, un dispositif est destiné à trans- mettre les signaux électromagnétiques de la fibre optique de l'autre isolateur au récepteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale partielle- ment raccourcie d'un isolateur selon l'invention, en coupe partielle; la figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe analogute à la figure 1 d'un autre mode de réalisation d'isolateur suivant l'in- vention; la figure 4 est une élévation la:érale schématique, en partie sous forme de diagramme synoptique, d'un autre mode de réalisation d'appareil selon l'invention; la figure 5 est une perspective schématique d'une partie d'une ligne de transmission d'énergie équipée par mise en oeuvre de l'invention; et la figure 6 est une élévation ag:andie d'une partie de la figure 5. On note sur la figure 1 que la szructure de l'appa- reil ou isolateur est analogue à celle de l'isolateur repré- senté dans le brevet précité des Etats-Urnis d'Amérique, mais avec un certain nombre de différences notables. La structure de l'isolateur comporte un orgzne central d'arma- ture formé d'une tige 10 contenant des fibres de verre, à laquelle des organes 11 et 12 d'extrémités sont fermement fixés, de manière classique. Plusieurs cloches 14 entourent la partie centrale de la tige 10 et sont montéesbout à bout Il faut noter qu'il existe certaines différences de structure entre les cloches représentées et celles qui sont décrites dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amé- rique. L'un des différences est que les cloches n'ont pas de cavités qui permettent leur montage télescopique. En outre, elles ne sont pas montées sur la tige avec l'arran- gement étroit décrit dans le brevet précité. De plus, il est préférable que les cloches soient collées les unes aux autres lorsque l'isolateur est fabriqué initialement. Il s'agit là cependant d'un détail technique qui n'est pas primordial dans le cadre de l'invention. La structure de la figure 1 comporte, selon l'in- vention, une fibre optique 16 placée le long de la tige 10 et de préférence logée dans une gorge 17 formée le long de la tige. Des boîtiers 19 et 20 dans lesquels pénètre la fibre 16 sont montés aux extrémités opposées de la tige, près des organes 11 et 12. Les bottiers sont pratiquement identiques, l'intérieur du boîtier 20 étant identique à l'intérieur représenté pour le boîtier 19. Chacun des boîtiers a un disque 22 de base formé d'un matériau conducteur de l'électricité, par exemple d'alu- minium, et un disque supérieur 24 d'un matériau analogue, les deux disques ayant une ouverture centrale pour le passage de la tige 10. Un tube intermédiaire 26 du même matériau est collé à ses extrémités opposées aux surfaces internes des disques 22 et 24. Le tube 26 a une fente axiale 27 qui remonte depuis l'extrémité inférieure du tube et elle est placée près de la fente 17 de manière que la fibre 16 puisse passer de la fente 17 dans les disques 22 et 24. Ce volume est fermé par un manchon cylindrique externe,29 lui aussi de préférence formé d'aluminium, le manchon étant maintenu en position par une ou plusieurs vis 30 d'arrêt. Des joints toriques 32 et 33 sont montes dans des gorges annulaires de la périphérie des disques 22 et 24 et assurent l'étanchéité contre la surface interne du manchon 29, empêchant ainsi la pénétration d'humidité à l'intérieur du boîtier. La fibre 16 est fixée, à l'intérieur du bottier, à un connecteur classique 35 pour fibre optique qui assure le couplage de la fibre 16 à la fibre externe 36.Cette der- nière pénètre dans le bottier par un connecteur étanche 38 de traversée qui est de type classique et qui est fixé par vissage dans une ouverture du disque 24. Le rôle du connecteur 38 est d'entourer la surface externe de la fibre 36 et de placer à son contact un corps élastomère sous pres- sion qui empêche la pénétration d'humidité dans le bottier 19. Un dispositif qui convient à cet effet est fabriqué sous la référence SHC1023 par the Kellems Division of Harvey Hubbell Incorporated. A l'autre extrémité de l'isolateur, la fibre optique 16 sort de l'intérieur du bottier 20 et est connectée à l'extrémité d'une fibre 40 qui traverse le disque supérieur du bottier 20 par un raccord 42 qui est identique au connec- teur 38. Comme l'indique la figure 3, l'isolateur peut avoir un certain nombre de fibres et non pas une seule comme repré- senté sur les figures 1 et 2. Sur la figure 3, le bottier 19 entoure une tige 45 qui a six gorges longitudinales 47 contenant chacune une fibre optique 48. On peut noter-que, dans un arrangement de ce type, six connecteurs tels que le connecteur 35 sont utilisés pour le cou-plage des fibres optiques aux fibres externes. Dans une valfiante, un ou plu- sieurs connecteurs destines au passage de plusieurs fibres peuvent être utilisés. En outre, il peut âtre nécessaire de placer plusieurs connecteurs 38 de traversée ou d'utiliser un connecteur différent capable de permettre le passage de plusieurs fibres. L'objet représenté sur les figures 1 et 2 ou sur la figure 3, peut être fabriqué comme un ensemble complet, mis à part la connexion des fibres externes 36 et 40. Ainsi, en usine, l'ensemble de i'isolateur peut être monté avec la tige 10, les organes 11 et 12 d'extrémités, les bottiers 19 et 20 et les cloches 14, la fibre 16 ou les fibres 47 étant placées le long de l'organe d'armature, dans des gorges formées à cet effet. La région qui, dans les cloches 14, entoure la tige 10 peut être remplie du matériau nécessaire d'étanchéité et de collage et le produit terminé, après durcissement des colles polymères ou matières d'étanchéité utilisées, peut être expédié comme un ensemble pratiquement complet. Ensuite, à l'emplacement auquel le dispositif est utilisé, le montage final peut être réalisé par connexion des organes 11 et 12 d'extrémités aux supports et aux compo- sants électriques auxquels ils doivent être associés, et les fibres 36 et 40 peuvent être introduites par les raccords formant traversée et peuvent être connectées aux extrémités de la fibre 16. A cet effet, la vis d'arrêt maintenant le manchon 29 est desserrée ou retirée et le manchon est déplacé axialement afin qu'il expose l'intérieur du boîtier. La fibre 36 et son connecteur sont alors introduits par l'ou- verture formée dans le disque 24 et la fibre est connectée au connecteur convenable. Le manchon 29 est alors remis en position et retenu par réintroduction et resserrage de la vis d'arrêt 30. Une matière desséchante peut aussi être placée dans le boîtier 19. Comme l'indique la figure 1, un tronçon de fibre 16 en excès est avantageusement placé dans le bottier afin que la manutention soit facilitée et que la longueur de fibre présente permette la fixation d'un connecteur même lorsque la partie d'extrémité s'est brisée. L'utilisation de l'ensemble et les emplacements auxquels sont disposées les fibres 36 et 40 dépendent de l'application particulière de l'isolateur, La figure 4 repré- sente un exemple d'une telle utilisation;l'isolateur, por- tant la référence générale 50 est du type représenté sur la figure 1, étant utilisé pour le support d'une ligne 52 de transmission dont une petite partie seulement est repré- sentée. L'extrémité inférieure de l'isolateur est couplée par un maillon 53 à la ligne de transmission et l'extrémité supérieure est raccordée, par un maillon 54, à un bras 56 de support supposé.former une partie d'un pylône de support de la ligne de transmission. La ligne 52 de transmission comporte un capteur 58 dont sort une fibre optique 59, celle-ci étant connectée à la fibre interne de l'isolateur 50 dans le bottier 60 de la manière décrite en référence à la figure 1. A l'autre extrémité de l'isolateur, une fibre 62 pénètre dans le bol- tier 64 et est couplée optiquement par un connecteur tel que le connecteur 35, à l'autre extrémité de la fibre, dans l'isolateur. La fibre 62 rejoint une botte de jonction 65 dans laquelle elle est raccordée à une fibre 66 qui peut être celle d'un câble comprenant des fibres provenant d'au- tres isolateurs, le câble étant raccordé à un ensemble 68 d'analyse et d'affichage. A titre illustratif, on suppose que la caractéris- tique à contrôler est l'intensité du courant circulant dans la ligne de transmission 62. Il faut cependant noter qu'une caractéristique physique quelconque de la ligne de transmis- sion, par exemple sa température, ses caractéristiques de. vibration ou analogue, peut être mesurée. Lors de la mesure de l'intensité du courant, le capteur 58 comporte un trans- formateur de courant et un transducteur cLassique destiné à transformer le signal électrique produi: par le transfor- mateur en un signal électromagnétique d'un type qui peut être transmis par la fibre optique. Il peut s'agir de lumière visible modulée par des impulsions ayant ume fréquence varia- ble de répétition proportionnelle à l'amp itude du courant détectée. Dans une variante, un convertisseur de code peut être utilisé afin qu'il transforme les valeurs détectées en un dessin numérique reconnaissable et représentant diver- ses valeurs de l'intensité du courant. Les impulsions optiques ainsi produites sont transmises à la fibre 59 puis à la fibre de l'isolateur 50 et ainsi aux fibres 62 et 66 avant transmission à l'analyseur 68 qui décode les signaux et donne une indication sur les valeurs qui peuvent être sous forme de lecture d'appareil de mesure ou sous forme d'un enregistrement permanent qui peut être fcrmé à l'aide d'un enregistreur sur papier. On peut noter que le dispositif d'analyse et d'affi- chage peut.se trouver àla base d'un pylône ou dans une sous-station, à tout emplacement commode, à un potentiel qui est pratiquement celui de la masse, alors que la mesure est réalisée de façon continue ou répétée par le capteur couplé à une ligne de transmission qui peut différer du potentiel de la masse de plusieurs milliers de volts. Les mesures peuvent être réalisées lorsque l'opérateur le demande ou peuvent être enregistrées de façon continue et vérifiées de temps en temps. Bien que les conditions régnant au niveau du capteur 58 puissent présenter des fluctuations importantes, notamment des perturbations dues aux éclairs, aux champs à haute fréquence de diverses sources et à d'au- tres signaux électromagnétiques à haute fréquence ou -à fré- quence plus faible, transportées le long des lignes de trans- mission, l'existence de ces signaux n'a pratiquement pas d'importance sur les signaux électromagnétiques de faible longueur d'onde transmis par les fibres optiques. Les signaux peuventévidemment être formés de lumière visible ou à toute autre longueur d'onde suivant les caractéristiques des fibres choisies et des transducteurs montg's aux extrémités opposées. Un autre mode de réalisation de.'invention est représenté sur la figure 5 sur laquelle u.ie liaison de commu- nication est établie entre deux emplaceme its 70 et 72 géo- graphiquement séparés. On suppose que ces emplacements sont séparés par une distance de nombreux kii:aètres, bien que cette séparation ne soit nullement nécessaire. En outre, on suppose que les emplacements sont procaes du trajet d'une ligne de transmission d'énergie comprenant des pylônes 74 et 75 de support de lignes de transmissicn, comprenant notam- ment des lignes 76 et 77. De nombreux pyl5nes intermédiaires peuvent évidemment être présents. Chacune des lignes de transmission est supportée par des isolateurs du type général représenté sur la figure 1, mais on suppose que seule la ligne 77 de transmission est supportée par des isolateurs ayant des fibres optiques, les isolateurs 80 et 81. Le segment de l:gne de transmission 77, entre les isolateurs 80 et 81, a une fibre optique 83 placée le long du câble à haute tension comme représenté plus clairement sur la figure 6. Au niveau de l'isolateur 81, la fibre 83 pénètre dans le boîtier 20 à la partie infé- rieure de l'isolateur par un connecteur 42 de traversée et se raccorde à une fibre optique 16 comme décrit en réfé- rence à la figure 1. A la partie supérieure de l'isolateur 81, la fibre 16 est connectée à une fibre 85 qui passe le long d'un bras 84 de support du pylône 75 et qui descend le long du pylône vers l'emplacement 72. Au niveau de l'isolateur 80, l'autre extrémité de la fibre 83 est connectée de la pême manière à la fibre 16 dans l'isolateur 80 dont l'extrémité eEt raccordée à une fibre 87 qui passe lelong d'un bras E8 de support et qui descend le long du pylône 74 vers l'er.placement 70. Un émetteur ou un récepteur ou les deux peuvent être montés à chaque emplacement 70 et 72, chaque émetteur étant d'un type classique capable de former des signaux modulés d'éner- gie électromagnétique à des longueurs d'ondes qui permettent une transmission par les fibres. De même, les récepteurs sont d'un type connu qui permet la réception de signaux électromagnétiques, les types particuliers d'émetteur et de récepteur étant choisis en fonction du type de communi- cation utilisée. REVENDICATIONS 1. Isolateur, caractérisé en ce qu'il comprend: un organe central d'armature (10), non conducteur de l'électricité, des organes de fixation (11, 12) montés aux extré- mités opposées de l'organe d'armature et destinés à fixer celui-ci à des dispositifs qui doivent être physiquement séparés l'un de l'autre et qui sont à des potentiels élec- triques différents, plusieurs cloches (14) placées bout à bout le long de l'organe d'armature, chaque cloche entourant l'organe d'armature, et au moins une fibre optique (16) placée le long de l'organe d'armature dans les cloches et: destinée à former un trajet de communication d'une extrémité de l'isolateur à l'autre. 2. Isolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs fibres (47.. 3. Isolateur selon la revendicatLon 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un boîtier (19, 20) à chaque extrémité des cloches, près des organes de fixation, des dispositifs (38, 42) montés 3ur le boîtier et destinés à l'introduction de l'extrémi=é d'une fibre optique externe à l'intérieur du boîtier:, et un dispositif (35) placé dans Le boîtier et destiné à connecter la fibre de l'isolateur à la fibre externe. 4. Isolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'armature comporte: un corps allongé (10) en forme ce tige, et un dispositif formant une gorge (17) placé le long du corps, la gorge ayant des dimensions:ui permettant de loger la fibre optique. 5. Isolateur selon la revendica-tion 4, caractérisé en ce que l'organe d'armature (10) compo:'te un dispositif formant plusieurs gorges sensiblement papallèles (48) unifor- mément réparties autour de la tige et formées le long de celle-ci, çhaque gorge ayant des dimensions telles qu'elle peut loger une fibre optique. 6. Appareil de détection d'une caractéristique physique d'un composant à haute tension, et destiné à former une mesure de cette caractéristique à un emplacement qui est pratiquement au potentiel de la masse, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend: un isolateur allongé (50) ayant une partie centrale d'un matériau non conducteur de l'électricité, des organes d'extrémités raccordés au composant à haute tension et à un emplacement de support, une fibre optique passant dans la partie centrale, un capteur (58) connecté au composant à haute tension et destiné à détecter la caractéristique et à créer un signal électromagnétique variable représentatif ces valeurs de la caractéristique, un dispositif (59) de couplage dudit signal à la fibre optique à l'extrémité à haute tension de l'isola- teur, et un dispositif (68) couplé à la fibre optique à l'extrémité de masse de l'isolateur et destiné à recevoir le signal électromagnétique et à donner une indication des valeurs de ladite caractéristique. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la caractéristique est l'intensité du courant circulant dans le composant à haute tension. 8. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la caractéristique est la température du composant à haute tension. 9. Liaison de communication entrz deux emplacements le long d'une ligne de transmission d'énergie électrique, caractérisée en ce qu'elle comprend: un émetteur (70) se trouvant à in premier emplace- ment et destiné à créer des signaux électromagnétiques d'un type qui peut être transporté par une f:bre optique, un récepteur (72) occupant l'autre emplacement et destiné à recevoir des signaux électrómagnétiques trans- portés par. une fibre optique, des dispositifs (80, 81) placés à chacun des empla- cements et destinés à supporter la ligne de transmission, chaque dispositif ayant un isolateur de support comprenant une partie centrale allongée d'un matériau non conducteur de l'électricité, des organes d'extrémités raccordés à la ligne de transmission et à un emplacement de support respec- tivement, et une première fibre optique passant dans la partie centrale, au moins une seconde fibre optique disposée le long de la ligne de transmission entre les isolateurs de support, la seconde fibre étant couplée optiquement à chaque extrémité aux fibres placées dans les isolateurs, un dispositif (87) destiné à transmettre des signaux électromagnétiques de l'émetteur à la première fibre optique placée dans liun des isolateurs, et un dispositif (85) destiné à transmettre des signaux électromagnétiques provenant de la première fibre optique l'autre des isolateurs, vers le récepteur. 10. Liaison selon la revendication 9, caractérisée en ce que chaque isolateur (80, 81) a plusieurs premières fibres optiques, chacune des fibres étant couplée optiquement à l'extrémité de l'une des secondes fibre3 optiques.