Brevet FR2574226A1 — publié le 19860606

"Armement de ligne électrique aérienne" L'invention a pour objet un armement de ligne électrique aérien- ne. Les câbles conducteurs servant au transport de l'énergie électri- que sous basse, moyenne et haute tension, sont supportés par des poteaux ou pylônes, par l'intermédiaire de bras généralement métalliques désignés sous le terme d"'armement" et équipés d'isolateurs. Traditionnellement, un armement est constitué par des armatures constituées de profilés métalliques comportant à leurs extrémités des moyens d'accrochage pour les câbles électriques. Ces armatures sont rigides et ne subissent aucune déformation, même lorsqu'elles sont soumi- ses à des efforts exceptionnels. Il en résulte, si la ligne électrique est soumise à un effort exceptionnel, ce qui est le cas lors de la surcharge de la ligne par la neige et le givre ou lors de la décharge brutale de neige ou de givre, deux effets: - soit cet effort provoque la rupture du câble, sur une portée, entre deux poteaux, donnant lieu à un déséquilibre des efforts de traction longitudinale sur l'armement; ce déséquilibre crée un couple de torsion sur le poteau qui entraîne fréquemment sa rupture; soit cet effort est directement transmis au poteau sous forme de couple de torsion pouvant entraîner sa rupture. Pour écarter ces inconvénients, il a été proposé plusieurs solu- tions. Une solution est le remplacement des armements métalliques rigides par des armements susceptibles de se déformer de manière perma- nente (voir brevets français 2 344 991 et 2 466 888). L'armement est dit "fusible" et demande à être remplacé après déformation. Ceci néces- site une surveillance régulière, et une intervention sur la ligne électrique, qui sont fort coûteux. Une autre solution est un armement métallique articulé (voir brevets français 992893 et 2 407 591). La réalisation de ce type d'arme- ment est coûteuse, et les coûts de maintenance sont élevés. Le développement des matières plastiques a conduit à l'élabora- tion de matériel pour lignes électriques d'un type nouveau, réalisés en résines renforcées de fibres de verre. Il est connu de réaliser des supports ou poteaux avec de tels matériaux (voir brevet français I 145 447). Il est aussi connu de réaliser les isolateurs de lignes électriques en résine renforcée (voir brevet fran- çais 2 216 654). Il est connu par ailleurs de réaliser des traverses en matériaux isolants pour poteaux de lignes électriques. Ces traverses sont réalisées soit sous forme de deux demi-coquilles, en matière synthétique enserrant le support (voir brevet allemand I 540 289), soit sous forme d'isolateur articulé sur le support (voir brevet français I 361 719). L'armement réalisé en demi-coquilles ne présente pas la flexibilité nécessaire pour préserver le support ou le conducteur en cas de choc sur la ligne; son mode de réalisation est complexe et ne permet pas d'envisager sa com- mercialisation. L'isolateur articulé demande une forte maintenance et des systèmes mécaniques coûteux. L'invention remédie à tous ces inconvénients, en fournissant un armement de ligne électrique à la fois flexible et isolant, de structure simple et capable de résister à des efforts sans risque de rupture ni nécessité de maintenance particulière. Cet armement est constitué, selon l'invention, par au moins une poutre réalisée en un matériau composite isolant, présentant une flexibilité longitudinale réversible adaptée, de valeur relativement élevée. Par flexibilité "réversible", on entend ici le fait que l'armement travaille dans sa zone d'élasticité et après une sollicitation exceptionnel- le, revient à sa position moyenne dans les conditions normales de charge- ment. L'armement est prévu pour ne pas travailler dans la zone de défor- mation permanente. Le flexibilité "longitudinale", ici considérée, est celle relative à la direction du conducteur électrique supporté par l'intermédiaire de l'armement. Des flexibilités verticales et transversales de l'armement peuvent aussi être définies, mais elles ne font pas l'objet de l'invention et doivent, en toutes circonstances, rester faibles. L'armement de ligne électrique, objet de l'invention, a de préfé- rence une flexibilité longitudinale réversible, au sens défini ci-dessus, comprise entre I et 15 mm/daN. Avantageusement, cette flexibilité longitudinale réversible est de l'ordre de 5 mm/daN. On peut en outre définir divers types d'élancements d'une poutre, caractérisant sa géométrie et les propriétés mécaniques en découlant. L'élancement relatif à l'épaisseur est le rapport de la longueur de la poutre à l'épaisseur de la section moyenne de celle-ci. Dans le cas de la poutre ou des poutres constituant l'armement de ligne électrique selon l'invention, l'élancement relatif à l'épaisseur est avantageusement compris entre 20 et 100. L'élancement relatif à la largeur est le rapport de la longueur de la poutre à la largeur de la section moyenne de celleci. Dans le cas de la poutre ou des poutres constituant l'armement de ligne électrique selon l'invention, l'élancement relatif à la largeur est avanta- geusement compris entre 2 et 20. Cette ou ces poutres peuvent être de section quelconque procu- rant les caractéristiques mécaniques recherchées. Pour des questions de fabrication et de montage, elles sont avantageusement constituées par un corps de section rectangulaire; en variantes, des sections circulai- res ou elliptiques sont également envisageables. La structure des poutres peut être massive ou creuse; dans le cas d'une poutre creuse, celle-ci peut comporter un garnissage intérieur, par exemple en matière cellulaire. Ces poutres peuvent présenter par ailleurs une section variable, notamment décroissante depuis la zone de fixation sur le poteau jusqu'à l'extrémité libre à laquelle le conducteur électrique est suspendu. Dans ce dernier cas, le coefficient de forme de la section est par exemple de l'ordre de 5, ce coefficient de forme étant défini comme le rapport entre la longueur et la largeur du rectangle exinscrit à la section moyen- ne de la poutre. Les poutres considérées ou du moins leurs parties porteuses sont, selon une autre caractéristique de l'invention, réalisées en stratifiés à base de fibre de verre et d'une matrice en résine synthétique, de type thermodurcissable ou thermoplastique. Les fibres de verre peuvent se présenter sous forme de rovings, de tissus, de tresses. Le roving peut être mis en oeuvre par la technique dire d'enroulement filamentaire. La résine est, par exemple, une résine époxy. Le stratifié à base de fibre de verre présente un allongement à la rupture élevé (de l'ordre de 4%). La combinaison de cette qualité avec l'élancement de la poutre permet d'obtenir des flexibilités longitudi- nales réversibles élevées, de l'ordre de 5 mm/daN (valeur indiquée plus haut). Ces poutres en stratifié de fibre de verre et résine permettent d'assurer la fonction isolante et de supprimer l'isolateur. Pour des ten- sions de l'ordre de 20 kV, la ligne de fuite de l'armement est largement suffisante et ne nécessite aucun agencement supplémentaire. Pour éviter des amorçages dûs aux eaux de ruissellement, il peut être prévu une ailette réalisée en un matériau synthétique, entourant la poutre dans la zone de montage du conducteur. Pour éviter une éventuelle dégradation des qualités mécaniques et électriques du stratifié, il est souhaitable d'envelopper la poutre dans un matériau de recouvrement. Ce matériau peut être un éthylène propylène di-monomère (EPDM), un caoutchouc siliconé, un polyuréthane du type "BAYDUR" de CIBA. Pour éviter des amorçages dûs à la pollution (dépôt de poussières conductrices) il est préférable de donner au matériau de recouvrement une forme effilée vers le haut évitant ainsi le dépôt de poussière. Ce matériau de recouvrement peut être collé ou moulé en reprise sur la poutre stratifiée, par exemple par un procédé de gélification sous pression automatique. La matrice utilisée pour la fabrication du stratifié peut être une résine thermodurcissable du type époxy, vinylester, polyuréthane. polyester. Pour augmenter ses qualités de vieillissement sous charge et en environnement climatique, il est intéressant de lui adjoindre une charge, par exemple, une farine de silice silanisée. La matrice du stratifié peut aussi être thermoplastique, par exemple, un polymère aromatique cristallin du type polyéther éther cetone, résine "PEEK" de ICI. Ce type de matrice possède une bonne résistance aux conditions atmosphériques et est moins susceptible à la prise d'humidité que les composites à matrice époxyde. L'ensimage du fil de verre est choisi pour obtenir une liaison verre-matrice optimum, résistant à l'ambiance climatique extérieure. Ce choix est fait en fonction du type de matrice retenu. L'orientation des fibres de verre et leurs poids par unité de surface (grammage) sont déterminés à partir des charges appliquées à l'extrémité libre de la poutre: effort vertical dû au poids du conduc- teur, effort latéral dû au vent, effort longitudinal dû à une dissymétrie de charge du conducteur. Le dimensionnement s'effectue en tenant compte d'une part d'un effort de la limite de fatigue du stratifié dans les conditions climatiques imposées et sous tension et, d'autre part, des phénomènes de fluage affectant le stratifié. Un autre avantage de l'invention est la grande légèreté de l'armement. Ceci est particulièrement intéressant lors de la manutention, du stockage et du montage sur les poteaux. Quelle que soit sa forme, la poutre comporte, d'une part, des moyens pour sa fixation sur le poteau et, d'autre part, des moyens pour supporter ou suspendre le conducteur. La poutre peut comporter un garnissage ou noyau intérieur moulé, et des pièces insérées à l'intérieur de ce garnissage ou moulage, ces pièces permettant le montage des moyens de fixation de la poutre sur le poteau, et des moyens de support ou de suspension d'un conducteur de la ligne électrique. Dans un mode réalisation, l'armement selon l'invention est constitué par une poutre comportant un garnissage ou noyau intérieur et des couches de peaux formées de stratifié de fibre de verre. Ces stratifiés peuvent comporter des tissus ou des nappes de fils unidirection- nels. Des fibres à 45 sont recommandées pour résister aux efforts com- posés de flexion ou dans le cas de flexion déviée. Le garnissage intérieur ou noyau peut être constitué d'un matériau synthétique cellulaire: par exemple mousse de polyuréthane, mousse époxy ou mousse phénolique. L'assemblage des peaux et du noyau peut s'effectuer soit par voie humide (imprégnation du verre par de la résine) soit par collage de stratifiés prépolymérisés, soit par l'utilisation de préimprégnés. L'as- semblage s'effectue généralement sous presse à chaud. >20 Les zones d'application des charges peuvent être renforcées par des tissus de verre, ceci afin d'éviter les phénomènes de poinçonnage et de matage de la surface. Le pressage contre un moule permet d'obtenir des surfaces planes qui assurent une application parfaite des forces. Un autre mode de réalisation consiste à coller des éléments de poutres de longueur et de sections différentes obtenues par pultrusion. Une réalisation avantageuse consiste à coller des lames de stratifié sur un profil en caisson creux. Cette réalisation permet d'optimiser l'emploi de la matière. La fixation de cette poutre sur le poteau est obtenue par bridage de la poutre contre l'une des faces du poteau au moyen de boulons qui serrent le poteau entre la poutre et une bride prenant appui sur la face opposée du poteau. La poutre comportant intérieurement un garnissage ou noyau obtenu par moulage en résine synthétique, le moulage de ce noyau est mis à profit pour positionner à l'intérieur de la poutre un insert métallique en forme de plaque qui est traversé par les boulons et contribue ainsi à la bonne fixation de l'armement sur le poteau. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représen- tant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes d'exécution de cet armement de ligne électrique aérienne: Figure 1 est une vue en perspective montrant la partie supérieu- re d'un poteau de ligne électrique, supportant un armement conforme à l'invention, composé d'un bras simple et d'un bras double; Figure 2 est une vue de face, en élévation, d'une réalisation particulière de poutre pouvant constituer le bras double de l'armement de figure I; Figure 3 est une vue en coupe transversale de cette poutre, suivant 3-3 de figure 2; Sur la figure 1, le repère (1) désigne un poteau en béton armé, à la partie supérieure duquel est fixé un armement constitué par deux poutres horizontales (2,3). La première poutre (2), relativement longue, est placée symétri- quement par rapport au poteau (1), et elle supporte par ses extrémités deux conducteurs (4,5) de la ligne électrique. L'autre poutre (3), plutôt courte et située au-dessus de la précédente, s'étend dissymétriquement sur un seul côté du poteau (1) et elle supporte par son extrémité libre le troisième conducteur (6) de la ligne. Ces deux poutres (2,3) présentent chacune une section rectangu- laire variable, décroissante depuis leurs zones de fixation respectives au poteau (1) jusqu'à leurs extrémités éloignées du poteau, o les conduc- teurs (4,5,6) sont suspendus. Pour ces deux poutres (2,3), le coefficient de forme de la sec- tion, c'est-à-dire le rapport entre la longueur et la largeur du rectangle exinscrit à la section moyenne, est de l'ordre de 5. L'élancement relatif à l'épaisseur peut être de 70 pour la poutre simple (3), et de 140 pour la poutre double (2). L'élancement relatif à la largeur des poutres (2,3) peut être égal à 15. Ces poutres (2,3) présentent une flexibilité longitudinale réversi- ble relativement importante, de l'ordre de 5 mm/daN. Il s'agit de la flexibilité relativement à la direction des conducteurs (4,5,6) de la ligne. La direction de cette flexibilité, et son caractère réversible, sont d'ail- leurs figurés par une flèche double (7). Les poutres (2,3) sont réalisées en stratifié à base de fibres de verre et de résine synthétique, leur conférant non seulement les qualités mécaniques désirées, mais les rendant aussi isolantes d'un point de vue électrique. Pour améliorer encore l'isolation électrique et éviter des amorçages dûs aux eaux de ruissellement, une ailette (8) réalisée en matériau synthétique peut entourer les poutres dans les zones de montage des conducteurs, comme indiqué sur la figure 1 pour la poutre (3) dans la zone de suspension du conducteur correspondant (6). La fixation de chaque poutre (2,3) sur le poteau (1) est obtenue par bridage de la poutre (2,3) contre l'une des faces (9) du poteau au moyen de boulons (10), qui serrent le poteau (1) entre la poutre (2,3) et une bride ou des brides (11) prenant appui sur la face opposée du poteau - voir aussi figure 3. Dans un mode de réalisation particulier, illustré par les figures 2 et 3 pour la poutre (2) mais applicable aussi à la poutre (3), la poutre est creuse et comporte un garnissage ou noyau intérieur moulé (12), en matériau synthétique. Des inserts métalliques (13,14) sont positionnés et noyés dans le garnissage intérieur (12), au milieu de la poutre (2) ainsi que vers ses extrémités. L'insert métallique central (13), en forme de plaque, est traversé par les boulons (10) de fixation de l'armement sur le poteau (1). Les inserts métalliques extrêmes (14) supportent les moyens d'accrochage (15) qui soutiennent - les deux conducteurs (4,5) de la ligne. Quels que soient ses détails de réalisation, un armement confor- me à la présente invention possède une flexibilité longitudinale, à caractè- re réversible, de valeur adaptée lui permettant de résister à des sollicita- tions dans la direction de la ligne électrique aérienne, sans risque de rupture du poteau (1) et en évitant aussi toute déformation permanente de l'armement lui-même. De plus, cet armement est léger de par son matériau et il assure par lui-même l'isolation des conducteurs de la ligne. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cet armement de ligne électrique aérienne qui ont été décrites cidessus, à titre d'exempies; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes respectant le même principe. REVENDICATIONS 1. Armement de ligne électrique aérienne, du type isolant et comportant au moins un bras fixé sur un poteau (1) et auquel est relié un conducteur électrique (4,5,6) de la ligne, caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins une poutre (2,3) réalisée en un matériau composite isolant, présentant une flexibilité longitudinale réversible (7) adaptée, de valeur relativement élevée. 2. Armement de ligne électrique aérienne-selon la revendication 1, caractérisé en ce que la flexibilité longitudinale réversible de la poutre ou de chaque poutre (2,3) est comprise entre 1 et 15 mm/daN. 3. Armement de ligne électrique aérienne selon la revendication 2, caractérisé en ce que la flexibilité longitudinale réversible de la poutre ou de chaque poutre (2,3) est de l'ordre de 5 mm/daN. 4. Armement de ligne électrique aérienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la poutre ou chaque poutre (2,3) est constituée par un corps creux de section rectangulaire, circulaire ou elliptique. 5. Armement de ligne électrique aérienne selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que la poutre ou chaque poutre (2,3) présente une section variable, notamment décroissante, depuis sa zone de fixation sur le poteau (1) jusqu'à son extrémité libre à laquelle le conducteur électrique (4,5,6) est suspendu. 6. Armement de ligne électrique aérienne selon la revendication , caractérisé en ce que la poutre ou chaque poutre (2,3) présente un élancement relatif à son épaisseur, rapport de la longueur de la poutre à l'épaisseur de la section moyenne de celle-ci, compris entre 20 et , et présente un élancement relatif à sa largeur, rapport de la lon- gueur de la poutre à la largeur de la section moyenne de celle-ci, compris entre 2 et 10. 7. Armement de ligne électrique aérienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la ou les poutres (2,3), du moins leurs éléments porteurs, sont réalisés en stratifiés à base de fibre de verre et d'une matrice ou résine synthétique, de type thermodur- cissable ou thermoplastique. 8. Armement de ligne électrique aérienne selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est constitué par assemblage par collage de poutres en matériaux stratifiés de longueurs et sections diverses. 9. Armement de ligne électrique aérienne selon l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que la poutre ou chaque poutre (2) comporte un garnissage ou noyau intérieur moulé (12), et des pièces (13,14) insérées à l'intérieur de ce garnissage (12) au moulage, ces pièces permettant le montage des moyens de fixation (10) de la poutre (3) sur le poteau (1), et des moyens de support ou de suspension (15) d'un conducteur (4,5) de la ligne.