Brevet FR2588414A1 — publié le 19870410

La présente invention concerne un commutateur électrique isolant à trois colonnes et, en particulier, un commutateur isolant utilisable dans des situations de tension moyenne, élevée et très élevée. On connaît bien das commutateurs électriques isolants à trois colonnes qui comprennent deux colonnes latérales fixes et une troisième colonne centrale, des contacts fixes étant associés aux colonnes latérales, tandis que des éléments sont fixés à la colonne centrale, à l'extrémité desquels des contacts mobiles sont associés, lesquels peuvent être engagés avec lesdits contacts fixes pour conduire de l'énergie électrique et peuvent être désengagés de ceux-ci pour isoler électriquement de façon sélective les contacts. De tels commutateurs nécessitent l'application d'une force à ceux-ci de façon à déplacer l'élément portant les contacts mobiles d'une position ouverte d'isolation des contacts à une position fermée, pour laquelle les contacts mobiles engagent les contacts fixes, et vice versa. Les commutateurs isolants doivent également pouvoir fonctionner à une tension requise, sans être soumis à une augmentation de température supérieure à celle permise par les différents règlements nationaux applicables. Cependant, les types connus de commutateurs isolants ne sont pas dépourvus d'inconvénients, en particulier-le fait que de tels couplages présentent une résistance de contact qui varie au cours du temps, ce qui est dû à la fois au vieillissement des contacts et aux conséquences de la pollution de l'environnement. Cette dernière est fréquemment composée de dépôts solides qui tombent de l'atmosphère supérieure sous forme de micro-particules de carbone et/ou d'autres particules solides, ou de vapeurs ou de gaz qui attaquent chimiquement les composants métalliques des contacts, avec pour conséquence que les caractéristiques de surface des contacts subissent des altérations et, qu'ainsi, la résistance de contact du commutateur varie. Cette variation de la résistance de contact entraîne, de façon désavantageuse, l'altération du domaine thermique du dispositif, ce qui peut conduire à une augmentation de température excessive en fonctionnement. En outre, la variation du coefficient de frottement de la surface. de contact, qui peut se corroder ou se trouer, modifie les forces nécessaires pour obtenir le déplacement de l'élément portant les contacts mobiles entre les positions ouverte et fermée de ceux-ci. Tandis que, évidemment, la force requise pour déplacer l'élément devrait être de préférence aussi petite que possible, en pratique, de plus grandes forces doivent souvent être appliquées pour surmonter l'augmentation du coefficient de frottement, ce qui peut entrainer d'autres problèmes associés, par exemple dans le cas de commutateurs isolants commandés par des moyens de commande à distance. Un autre inconvénient desdits types connus de commutateurs isolants est mis en évidence quand ceux-ci fonctionnent dans des conditions d'environnement défavorables qui donnent lieu à la formation de couches de glace. En vérité, la glace qui se forme à des températures au-dessous de OOC en présence d'humidité est un matériau dur et résistant mécaniquement, même s'il peut devenir fragile selon la température ambiante. Quand de la glace se forme sur des parties métalliques, en particulier si elles ne sont pas graissées ou imprégnées d'huile, elle y adhère et est difficile à enlever, et cela peut rendre l'action de-fermeture difficile ou même impossible. Sinon laisse le commutateur isolant ouvert pendant que se produit ce phénomene atmosphérique, il devient impossible de déplacer le commutateur dans sa position fermée, et, de manière analogue, il devient impossible de réaliser l'action d'ouverture si le même phénomène se produit tandis,que le commutateur isolant est fermé, l'application d'une force excessive pour essayer de faire fonctionner le commutateur bloqué par une telle formation de glace peut même entrainer un endommagement permanent de l'appareil. Le but principal de la présente invention est, en conséquence, de supprimer les inconvénients, décrits ci-dessus, de l'art antérieur, en fournissant un commutateur isolant ayant des contacts présentant une résistance de contact qui est constante au cours du temps même si ceux-ci fonctionnent dans un environnement légèrement, ou même sévèrement, pollué. Dans le cadre du but précité, un objet important de l'invention consiste à fournir un commutateur isolant qui associe à la caractéristique précédente celle d'être capable de fonctionner parfaitement, même quand il doit être mis en oeuvre dans des conditions d'environnement difficiles donnant lieu à la formation de glace. Un autre objet de l'invention est de fournir un commutateur isolant ayant des contacts qui peuvent être couplés et découplés avec la plus petite force possible, indépendamment des conditions d'environnement dans lesquelles le comn > :tateur isolant doit fonctionner. Encore un autre objet de l'invention est de fournir un commutateur isolant, dont les contacts ont une action d'auto-nettoyage pendant la connexion et la déconnexion. Un autre objet de l'invention est de fournir un commutateur isolant qui combine, aux caractéristiques précitées, la possibilité de fonctionner dans un domaine de tension requis, sans être soumis à une augmentation de température supérieure à celle permise par les différents règlements nationaux applicables. Encore un autre objet de l'invention est de fournir un commutateur isolant d'une grande souplesse d'emploi en ce que sa capacité de tension et son domaine de travail ne sont pas critiques. Encore un autre objet de l'invention est de fournir un commutateur isolant qui peut être fabriqué à partir d'éléments et de matériaux facilement disponibles et qui est avantageux d'un point de vue économique. A cet effet, le commutateur électrique isolant, du type comprenant des première et troisième colonnes isolantes fixes latérales, et une deuxième colonne isolante centrale, est remarquable, selon l'invention, en ce que ladite colonne centrale peut tourner axialement, à une extrémité de celle-ci étant associés transversalement deux premiers contacts mobiles axialement, qui peuvent se coupler avec et se découpler de seconds contacts rigidement associés auxdites première et troisième colonnes, auxdits premiers contacts et auxdits seconds contacts étant associés des moyens de protection permanente contre la pollution de l'environnement et la formation de glace, ledit commutateur isolant étant muni de moyens pour maintenir lå continuité électrique entre lesdits premiers contacts. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite deuxième colonne centrale est constituée d'une colonne isolante supportée par une base rotative, à laquelle est reliée l'extrémité d'un premier axe adapté pour recevoir un couple de commande pour provoquer la rotation de ladite colonne, ladite colonne isolante supportant, à son autre extrémité, une plaque à laquelle est relié axialement un second axe, auquel est associé un châssis central, ledit châssis central ayant, à ses côtés opposés, deux supports de forme sensiblement cylindrique et étant disposé sensiblement perpendiculairement à l'axe de ladite deuxième colonne. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le commutateur isolant comprend de plus des conteneurs, agencés coaxialement auxdits supports et associés, chacun, audit châssis central au moyen d'au moins une tige de liaison, tourillonnée, à-une de ses extrémités, à une base d'articulation associée de façon rigide à l'extrémité de chaque conteneur et, à l'autre extrémité, à une traverse reliée audit second axe. Selon une autre caractéristique de l'invention, le commutateur isolant comprend de plus des moyens pour maintenir la continuité électrique entre lesdits conteneurs, constitués d'une ou plusieurs séries de lames métalliques, qui peuvent être enroulées sur des tambours, agencés de façon appropriée, reliés audit second axe. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le commutateur isolant comprend de plus un élément de couvercle adapté pour recouvrir au moins partiellement ledit second axe, ledit châssis central, lesdites tiges de liaison, lesdites bases d'articulation, ladite traverse, lesdites lames, lesdits tambours et lesdits conteneurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, le commutateur isolant comprend de plus deux premiers contacts, chacun étant associé à l'extrémité de l'un desdits conteneurs, chacun desdits premiers contacts comprenant un corps auxiliaire agencé dans ledit conteneur, et ayant une forme sensiblement cylindrique, et une tige axiale, ladite tige axiale faisant saillie à l'intérieur de chacun desdits conteneurs, et à l'extrémité libre de ladite tige axiale étant prévu un disque d'aboutement adapté pour coopérer avec une surface interne à chaque conteneur, ledit disque d'aboutement étant adapté pour limiter la course dudit corps auxiliaire vers de seconds contacts mâles, associés de façon rigide auxdites première et troisième colonnes de contact latérales. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, coaxialement à ladite tige axiale, est prévu un élément déformable élastiquement, adapté pour interagir avec ledit corps auxiliaire et ladite surface, proche dudit corps auxiliaire, une pluralité d'éléments de contact métalliques, ayant une réaction élastique commandée, faisant saillie de la surface interne dudit conteneur, et dont les -extrémités libres convergent sur ledit corps auxiliaire dans la direction desdits seconds contacts mâles. Selon une autre caractéristique de l'invention, aux extrémités de chaque conteneur, sont associés des moyens de protection permanente contre la pollution de l'environnement et la formation de glace, composés d'un capuchon, définissant une surface plane en regard desdits seconds contacts fixes et ayant un alésage axial qui agit comme siège pour l'extrémité terminale dudit corps auxiliaire, ledit capuchon étant constitué en un matériau qui repousse la glace déformable élastiquement. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits seconds contacts mâles ont une section transversale sensiblement polygonale, l'extrémité de ceux-ci qui coopère avec ledit corps auxiliaire étant de préférence conique, le diamètre desdits seconds contacts mâles étant sensiblement égal à l'alésage prévu dans lesdits capuchons. Enfin, lesdits seconds contacts mâles peuvent être protégés par un second couvercle sensiblement en forme de boite, ayant au moins une paroi d'aboutement pour lesdits capuchons, ladite paroi permettant l'alignement axial desdits premiers contacts avec lesdits seconds contacts. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures., des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue latérale du commutateur isolant en position ouverte. La figure 2 est une vue de dessus du commutateur isolant. La figure 3 est une vue latérale du commutateur isolant en position fermée. La figure 4 est une vue, semblable à la figure 2, du commutateur isolant en position fermée. La figure 5 est une vue de dessus en coupe partielle des contacts associés à la colonne centrale. La figure 6 est une vue en coupe transversale selon la ligne VI-VI de la figure 5. La figure 7 est une vue en coupe transversale selon la ligne VII-VII de la figure 5. En référence aux figures décrites ci-dessus, le commutateur isolant est constitué d'une base fixe 2 aux extrémités de laquelle font saillie perpendiculairement des première et troisième colonnes isolantes latérales fixes, désignées respectivement par les références numériques 3 et 4. Sensiblement à partir du centre de ladite base fixe 2, perpendiculairement à celle-ci et dans le même plan que les colonnes 3 et 4, fait saillie une deuxième colonne isolante centrale 5, constituée d'un isolant supporté par une base rotative 6. A cette dernière, est soudée l'extrémité supérieure d'un premier axe 7, qui reçoit à partir d'une source appropriée manuelle ou mécanique, telle qu'un moteur, qui peut être pneumatique, hydraulique ou électrique, un couple de commande pour entrainer la rotation de ladite colonne isolante 5. A l'extrémité opposée à la base 6, la colonne isolante 5 supporte une plaque 8 à laquelle est relié axialement un second axe 9. Coaxialement audit second axe 9-, est agencé un châssis central 10 ayant, sur ses côtés opposés, deux supports il et 12 présentant de préférence une forme cylindrique. Ces supports ont le même axe et sont disposés. de façon diamètralement opposée par rapport audit second axe 9. Coaxialement auxdits supports 11 et 12, on provoit le même nombre de conteneurs cylindriques, indiqués par les références numériques 13 et 1l, associés audit châssis central 10 au moyen d'une ou plusieurs paires de tiges de liaison, désignées par les références numériques 15 et 16, qui sont articulées, d'un côté, à une base d'articulation 17 couplée de façon rigide à l'extrémité de chaque conteneur 13 et 14 et, de l'autre côté, à une traverse 18 reliée audit second axe 9. Les conteneurs 13 et 14 sont conducteurs.Aux conteneurs 13 et 14, sont associés des moyens pour maintenir la continuité électrique, constitués d'une ou plusieurs séries de lames métalliques, indiquées par les références numériques 19 et 20, qui peuvent être avantageusement enroulées autour de tambours prépositionnés 21 reliés audit second axe 9 pour définir, au moins en partie, une structure sensiblement en spirale ou en hélice. Pour recouvrir l'ensemble dudit second axe 9, du châssis 10, des tiges de liaison 15 et 16, des bases ou pieds 17, de la traverse 18, des lames 19 et 20, des tambours 21 et, en partie, des conteneurs 13 et 14 (lequel ensemble sera désigné par la suite dans sa totalité comme la partie active), on prévoit un couvercle 22 qui est destiné à éviter la formation de glace entre des éléments mobiles l'un par rapport à l'autre. Aux extrémités desdits conteneurs 13 et 14 faisant saillie dudit couvercle 22, sont associés deux premiers contacts, désignés par les références numériques 23 et 24, désignés également par la suite comme contacts femelles, constitués d'un corps interne auxiliaire 25, ayant une forme de préférence cylindrique présentant une tige axiale 26 faisant saillie vers l'intérieur de chacun desdits conteneurs. A l'extrémité libre de ladite tige axiale 26, est prévu un disque d'aboutement 27 qui coopère avec une surface 28 qui, quant à elle, est prévue à l'intérieur de chaque conteneur, ladite surface étant perforée axialement pour permettre le déplacement axial de ladite tige soit vers le support 11, soit vers le support 12. Entre ladite surface 28 et l'extrémité dudit corps 25 interne auxdits conteneurs 13,14, coaxialement à la tige 26, est prévu un élément déformable élastiquement, qui est constitué de préférence d'un ressort de compression cylindrique 29. Ces contacts femelles sont constitués d'une pluralité d'éléments de contact métalliques 30, qui sont déformables, présentent une réaction élastique contrôlée, une extrémité desquels repose sur la surface externe dudit corps auxiliaire 25 et dont l'autre extrémité est associée'à la surface interne de chaque conteneur 13 et 14. De plus, à l'extrémité terminale des conteneurs 13,14, on prévoit des moyens de protection permanente contre la pollution de l'environnement et la formation de glace, constitués d'un capuchon 31, présentant un alésage axial qui agit comme siège pour l'extrémité terminale dudit corps auxiliaire 25, et une surface plane 40 en regard desdits seconds contacts fixes, et qui est avantageusement fabriqué dans un matériau qui repousse la glace élastiquement déformable, tel que, par exemple, du caoutchouc de silicone. A l'extrémité desdites première et troisième colonnes isolantes, de seconds contacts fixes du type mâle 32 sont rigidement couplés, lesquels présentent une forme élémentaire en une pièce cylindrique ou parallélépipèdique allongée de section transversale sensiblement polygonale, chacun ayant au moins une borne 33, bornes auxquelles sont reliés les câbles d'entrée et de sortie de la ligne alimentée par le commutateur isolant et par la ligne ou barre d'alimentation. Ces contacts mâles 32 sont protégés par un second couvercle 34, essentiellement en forme de boite, présentant une paroi d'aboutement 35 nour lesdits manchons 31 qui peuvent être placés à l'intérieur de celui-ci. Le commutateur électrique fonctionne de la façon suivante pendant l'action de fermeture, à l'aide de moyens appropriés, on fait tourner ledit premier axe 7, en entralnant ainsi une rotation égale de l'ensemble des éléments désignés ici comme la partie active. Cette rotation, dont la direction est indiquée sur la figure 2, réduit les distances d'isolation entre les contacts mâles et femelles jusqu a ce que les conteneurs 13 et 14 soient disposés sur le même axe que les contacts mâles 32. Cette condition est obtenue lorsque les manchons 31 des contacts femelles sont en aboutement avec les parois 35 du second couvercle 34. En continuant à faire tourner la base rotative Q, chaque conteneur 13 et 14 sera déplacé axialement par l'ensemble des tiges de liaison 15 et 16 et de la traverse 18, de façon à encore éloigner mutuellement l'un de l'autre lesdits conteneurs 13 et 14 en direction des contacts mâles 32. L'interaction des contacts mâles avec le corps interne auxiliaire 25 entraîne le coulissement de ce dernier à l1intérieur du conteneur respectif, les contacts mâles 32 pénétrait simultanément à l'intérieur des capuchons 31 et intera-SsanT, avec les éléments de contact 30. En vérité, le ressort 29 maintient le corps 25 dans une position telle qu'il obstrue l'alésage axial prévu dans lesdits capuchons quand le commutateur isolant est ouvert. Les éléments métalliques 30 qui font partie du contact femelle sont ainsi, que le commutateur isolant soit ouvert ou fermé, dans un environnement qui est complètement fermé et protégé de la pollution environnante de la pluie, ce qui évite aussi toute formation possible de glace. Le déplacement axial desdits premiers contacts 23 et 24 entraine l'interaction desdits éléments métalliques 30 composant les contacts femelles avec les contacts mâles 32, ceux-ci étant également protégés par le second couvercle 34 contre de possibles dépôts de glace sur ceux-ci. Toute glace se formant à l'extrémité du corps interne auxiliaire 25 qui fait saillie de l'alésage prévu dans les capuchons 31 sera, dans tous les cas, éliminée pendant l'interaction avec le contact mâle 32, qui présente avantageusement une conformation en pointe pouvant briser une telle formation de glace. La liaison électrique entre lesdits premiers contacts est maintenue, dans tous les cas, grâce aux séries de lames 19 et 20 qui se déroulent par rapport audit tambour 21. L'action d'ouverture a lieu en imposant audit premier axe 7 une rotation opposée, qui entraîne tout d'abord un coulissement axial des conteneurs 13 et 14 jusqu'à ce qu'ils viennent en aboutement avec le châssis central 10. Cette phase a lieu puisque lesdits conteneurs 13 et 14 ne peuvent pas commencer leur irouvement de rotation en s'éloignant des contacts maies fixes à moins qu'ils ne se découplent tout d'abord grâce à un mouvement axial jusqu'à ce que l'extraction complète desdits contacts fixes desdits capuchons 31 a lieu. Une fois que le déplacement de découplage axial des contacts est achevé, toute la partie active tourne sur l'axe de la colonne isolante centrale, jusqu'à ce qu'elle atteigne la position finale, illustrée sur la figure 1, c'est-à-dire la position dans laquelle la partie active est à une distance telle des contacts fixes que l'isolation électrique est assurée. On a ainsi observé que l'invention atteint les but et objets indiqués ci-dessus, un commutateur isolant étant fourni dont les contacts ont une résistance de contact qui est constante au cours du temps, même si celui-ci fonctionne dans un environnement légèrement, ou sévèrement, pollué, même quand des conditions d'environnement défavorables donnent lieu à la formation de glace. Le couplage et le découplage entre lesdits contacts est de plus très facile, puisqu'une force minimale est requise pour surmonter la seule résistance du ressort 29 et le frottement de couplage entre les éléments de contact 30 et les éléments de contact mâles 32. En outre, les contacts présentent une action d'auto-nettoyage pendant le couplage, puisque les éléments de contact métalliques 30 sont déformables élastiquement. Bien évidement, l'invention ainsi conçue est susceptible de nombreuses modifications et variations, dans le cadre du même concept inventif. En outre, les différents composants du commutateur isolant ainsi que les matériaux utilisés et les dimensions, peuvent être quelconques selon des exigences spécifiques. REVENDICATIONS 1 - Commutateur électrique isolant, comprenant des première et troisième colonnes isolantes fixes latérales, et une deuxième colonne isolante centrale, caractérisé en ce que ladite colonne centrale (5) peut tourner axialement, à une extrémité de celle-ci étant associés transversalement deux premiers contacts (23,24) mobiles axialement, qui peuvent se coupler avec et se découpler de seconds contacts (32) rigidement associés auxdites première (3) et troisième (4) colonnes, auxdits premiers contacts (23,24) et auxdits seconds contacts (32) étant associés des moyens (31,34) de protection permanente contre la pollution de l'environnement et la formation de glace, ledit commutateur isolant (1) étant muni de moyens pour maintenir la continuité électrique entre lesdits premiers contacts. 2 - Commutateur isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite deuxième colonne centrale est constituée d'une colonne isolante (5) supportée par une base rotative (6), à laquelle est reliée l'extrémité d'un premier axe (7) adapté pour recevoir un couple de commande pour provoquer la rotation de ladite colonne, ladite colonne isolante (5) supportant, à son autre extrémité. une plaque (8) à laquelle est relié axialement un second axe (9), auquel est associé un châssis central (10), ledit châssis central ayant, à ses côtés opposés, deux supports (11,12) de forme sensiblement cylindrique et étant disposé sensiblement perpendiculairement à l'axe de ladite deuxième colonne (5). 3 - Commutateur isolant selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des conteneurs (i,ij agences coaxialement audits supports (11,12) et associés, chacun, audit châssis central (10) au moyen d 7 au moins une tige de liaison (15,16) tourillonnée, à une de ses extrémités, à une base d'articulation (17) associée de façon rigide à l'extrémité de chaque conteneur (13,14) et, à l'autre extrémité, à une traverse (18) reliée audit second axe (9). 4 - Commutateur isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens pour maintenir la continuité électrique entre lesdits conteneurs, constitués d'une ou plusieurs séries de lames métalliques (19,20) qui peuvent être enroulées sur des tambours (21), agencés de façon appropriée, reliés audit second axe (9). 5 - Commutateur isolant selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un élément de couvercle (22) adapté pour recouvrir au moins partiellement ledit second axe (9), ledit châssis central (10), lesdites tiges de liaison (15,16), lesdites bases d'articulation (17), ladite traverse (18), lesdites lames (19,20), lesdits tambours (21) et lesdits conteneurs (13,14'). 6 - Commutateur isolant selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend de plus deux premiers contacts (23,24) chacun étant associé à l'extrémité de l'un desdits conteneurs (13,14), chacun desdits premiers contacts (23,24) comprenant un corps auxiliaire (25) agencé dans ledit conteneur, et ayant une forme sensiblement cylindrique, et une tige axiale (26), ladite tige axiale faisant saillie à l'intérieur de chacun desdits conteneurs, et à l'extrémité libre de ladite tige axiale (26) étant prévu un disque d'aboutement (27) adapté pour coopérer avec une surface (28) interne à chaque conteneur, ledit disque d'aboutement (27) étant adapté pour limiter la course dudit corps auxiliaire (25) vers de ssconds contacts mâ es '36), associés de façon rigide auxdites pemièc I; et troisième (4) colonnes de contact latérales. 7 - Commutateur isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que, coaxialement à ladite tige axiale (26), est prévu un élément déformable élastiquement (29), adapté pour interagir entre ledit corps auxiliaire (25) et ladite surface (28), proche dudit corps auxiliaire, une pluralité d'éléments de contact métalliques (30), ayant une réaction élastique commandée, faisant saillie de la surface interne dudit conteneur, et dont les extrémités libres convergent sur ledit corps auxiliaire (25) dans la direction desdits seconds contacts mâles (32). 8 - Commutateur isolant selon la revendication 7, caractérisé en ce que, aux extrémités de chaque conteneur (13,14), sont associés des moyens de protection permanente contre la pollution de l'environnement et la formation de glace, composés d'un capuchon (31), définissant une surface plane (40) en regard desdits seconds contacts fixes (32) et ayant un alésage axial qui agit comme siège pour l'extrémité terminale dudit corps auxiliaire (25), ledit capuchon (31) étant constitué en un matériau qui repousse la glace déformable élastiquement 9 - Commutateur isolant-selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits seconds contacts mâles (32) ont une section transversale sensiblement polygonale, l'extrémité de ceux-ci qui coopère avec ledit corps auxiliaire (25) étant de préférence conique, le diamètre desdits seconds contacts mâles (32) étant sensiblement égal à l'alésage prévu dans lesdits capuchons (31). 10 - Commutateur isolant selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits seconds contacts mâles (32) sont protégés par un second couvercle (34) sensiblement en forme de boite, ayant au moins une paroi d'aboutement (35) pour lesdits capuchons (31), ladite paroi permettant l'alignement axial desdits premiers contacts avec lesdits seconds contacts.