Brevet FR2590073A1 — publié le 19870515

La présente invention concerne une paire de contacts électriques protégés, utilisable en particulier dans des commutateurs électriques isolants. Les commutateurs isolants pour des tensions moyenne, élevée et très élevée, destinés à des stations d'énergie électrique du type habituel et utilisés à l'extérieur peuvent être employés dans des régions où, à certaines époques de l'année, du fait de conditions d'humidité et de température particulières, de la glace se forme sur toutes les surfaces exposées aux intempéries.En particulier, un point du commutateur isolant est très délicat puisque la formation de glace sur celui-ci peut provoquer, soit I'empêchement de l'action d'ouverture ou de fermeture correcte, soit, si les forces créées par action-manuelle ou motorisée et transmises par le système de levier ou par toute autre sorte de transmission qui relie les générateurs de déplacement au(x) pôle(s) du commutateur isolant sont suffisamment grandes, le déplacement peut effectivement entrainer une action complète, mais conduit également à la déformation permanente de certaines parties qui composent les contacts. Ce phénomène est dû à la déformation anormale des éléments élastiques due à la formation de couches de glace sur les surfaces des contacts, laquelle glace est suffisamment adhésive pour ne pas être éliminée par le déplacement de couolage entre le contact fixe et le contact mobile.Comme première conséquence, le contact électrique métal-métal n'a pas lieu, et, en outre, les déformations permanentes altèrent les configurations de fonctionnement des contacts à la fois au moment où la glace est présente et quand la glace elle-même, consécutivement à des changements du temps, n'est plus présente, en compromettant ainsi le fonctionnement correct subséquent du dispositif lui-même. Dans l'art antérieur, la majorité des commutateurs isolants disponibles sur le marché ne remplissent pas les exigences requises pour des commutateurs isolants destinés à fonctionner dans des zones où des couches de glace d'épaisseur supérieure à 1 millimètre peuvent se former. Pour les raisons décrites ci-dessus, le but principal de l'invention est de procurer, en particulier pour être utilisés dans des commutateurs électriques isolants, et destinés à une utilisation dans des zones où l'on s'attend à la formation de glace, à part des solutions particulières de transmission de mouvement, des contacts de couplage principaux qui ne sont pas sujets à des endommagements dûs à des actions d'ouverture et de fermeture après que des couches de glace se soient formées sur ceux-ci. Dans le cadre de l'invention, un objet important de celle-ci est de fournir un contact composé de deux éléments qui peuvent se coupler et transporter des courants faibles, moyens et élevés selon leurs dimensions, et peuvent être déconnectés même en présence d'un environnement glacé dans lequel la formation d'épaisseurs significatives de glace est possible. Un autre objet important de l'invention est de fournir une paire de contacts, fixe et mobile, qui peut être associée à différentes sortes de commutateurs isolants qui sont différents l'un de l'autre en ce qui concerne le système de déplacement de la partie active, c'est-à-dire la partie qui, quand le commutateur isolant est en position fermée, peut transporter le courant, tandis que, quand il est ouvert, fournit les distances d'isolation d'air qui peuvent supporter les contraintes diélectriques relatives à la classe d'isolation du dispositif spécifique selon les différents règlements applicables dans différents pays. A cet effet, une paire de contacts électriques protégés, utilisable en particulier dans des commutateurs électriques isolants appropriés à fonctionner dans des environnements soumis à la pollution ou à la formation de glace, est remarquable, selon l'invention, en ce qu'au moins le contact femelle est toujours protégé contre l'attaque de la pollution de l'environnement et la formation de glace au moyen d'un conteneur complètement fermé, comprenant un corps mobile d'étanchéité auxiliaire, coopérant avec le contact mâle, pendant le déplacement de couplage ledit corps auxiliaire permettant l'entrée dudit contact mâle dans ledit contact femelle et permettant, en dehors de la condition de conduction, le rétablissement simultané de la condition d'étanchéité dudit conteneur et, dans le déplacement inverse, établissant la déconnexion, ou coupure du couplage, et rétablissant l'action d'étanchéité dudit conteneur approprié à protéger au moins ledit contact femelle. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit contact femelle est logé et protégé dans un premier conteneur conducteur, ledit contact mâle étant constitué d'un corps métallique en une pièce, protégé de la pollution et de la formation de glace par un couvercle, ledit couvercle permettant le passage du contact femelle lors du déplacement de couplage et évitant des dépôts de pollution et/ou la formation de glace sur celui-ci. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, ledit premier conteneur qui protège ledit contact femelle est muni, à une extrémité, d'un premier capuchon adapté pour réaliser un joint étanche pour éviter l'entrée d'eau ou de pollution de l'environnement, ledit premier capuchon ayant une surface plane en regard dudit contact mâle, ayant un alésage prévu axialement audit premier conteneur, et présentant une forme correspondant à celle dudit corps du contact mâle, ledit premier capuchon se déformant, pendant la phase de couplage, sous l'action dudit corps du contact mâle et favorisant la rupture et l'enlèvement de toute glace qui peut s'être formée sur ladite surface plane. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit corps mobile auxiliaire est logé à l'intérieur dudit premier conteneur, l'extrémité de celui-ci en regard dudit corps du contact mâle étant disposée, en position de repos, dans le plan de ladite surface dudit premier capuchon. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, sur ledit corps dudit élément mâle, est disposé, de façon concentrique et extérieurement à celui-ci, un second conteneur d'étanchéité, qui peut coulisser axialement par rapport au corps lui-même, à l'extrémité dudit second conteneur contiguë audit contact femelle étant associé un second capuchon, présentant une surface plane ayant un alésage prévu coaxialement audit second conteneur et ayant une forme correspondant à celle dudit corps du contact mâle. 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 en coupe partielle de la paire de contacts en position déconnectée, c'est-à-dire en condition de repos, dans laquelle ils ne portent pas-le courant. La figure 2 est une vue, semblable à la précédente, de la paire de contacts en position de travail, lesdits contacts étant, en conséquence, couplés. La figure 3 est une vue, semblable à la figure 1, de la paire de contacts en présence d'une couche de glace, le contact mâle étant protégé et le contact femelle étant dans un environnement complètement fermé. Les figures 4,= et 6 sont des vues, semblables à la figure 3, de la phase de couplage entre ladite paire de contacts. La figure 7 est une vue, semblable à la figure 3, des deux contacts protégés, ceux-ci étant dans des environnements complètement fermés. Les figures 8,9 et 10 sont des vues, semblables à la figure 7, du couplage desdits contacts protégés. En référence aux dessins décrits ci-dessus, la référence numérique 1 désigne un contact mâle, constitué d'un corps métallique 2 ayant une section transversale circulaire ou polygonale, qui est un bon conducteur, et ayant une extrémité pyramidale ou conique 3. Les surfaces dudit corps métallique 2 peuvent être traitées de façon appropriée de façon à maintenir la résistance de contact identique au cours du temps même dans des conditions de pollution de l'environnement différentes. Au contact mâle est associé un couvercle 4, présentant une structure de boite, qui entoure vers le haut et latéralement le corps 2. Ce couvercle protège le corps 2 de la pluie ou de la formation de glace due à des changements de température et à des conditions particulières d'humidité de l'air. Une borne 5 est associée au corps 2 et fait saillie vers l'extérieur du couvercle 4, borne à laquelle doivent être reliés les éléments qui conduisent le courant audit contact mâle. Un contact mobile est désigné par la référence numérique 6, lequel est constitué d'une pluralité d'éléments conducteurs 7, qui ont une action élastique et qui ont, chacun, une extrémité qui est fixée à la surface latérale interne d'un premier conteneur conducteur 8. Les extrémités libres desdits éléments conducteurs sont légèrement incurvées et convergent sensiblement vers l'axe longitudinal central du conteneur et sont dirigées vers le contact mâle 1 en regard. Le conteneur conducteur 8 s'étend au-delà de l'extrémité libre desdits éléments conducteurs 7, l'extrémité terminale de celui-ci pouvant être associée à un premier capuchon 9, ayant une surface plane 13 et un alésage définissant une forme correspondant sensiblement à celle du corps 2, ledit alésage étant prévu axialement au conteneur 8. Un corps auxiliaire 11 est disposé de façon coaxiale et à l'intérieur dudit conteneur 8, ledit corps 11 présentant une tige axiale 12 faisant saillie de celui-ci à sa surface qui n'est pas en regard du corps 2. Le corps mobile auxiliaire 11 présente de préférence la même section transversale que le corps 2, l'extrémité du corps mobile auxiliaire 11 coopérant avec l'extrémité conique du corps 2 et ayant un diamètre égal à celui de l'alésage axial 10 prévu dans la surface plane 13 du capuchon 9. L'extrémité dudit corps mobile auxiliaire 11 en regard du corps 2 se trouve approximativement dans le plan de la surface 13 du capuchon 9 en regard du corps 2. Dans une condition déconnectée, cette position est assurée, en ce qu'il exiete, à l'extrémité de la tige axiale 12, un premier disque d'aboutement 14 coopérant avec la surface d'une plaque perforée 15 à l'intérieur du conteneur 8, un élément déformable élastiquement, constitué de préférence d'un ressort hélicoïdal 16 étant disposé coaxialement à ladite tige 12. Dans la phase de couplage entre lesdits contacts mâle 1 et femelle 6, l'extrémité du corps auxiliaire 11 coopèr-e avec celle en regard du corps 2. L'avance axiale successive du conteneur conducteur 8 vers le contact mâle 1 est permise puisque le corps mobile auxiliaire 11 peut se déplacer en comprimant le ressort 16 et en permettant l'insertion du corps 2 dans l'alésage 10 prévu dans le capuchon 9 jusqu'à ce que les éléments conducteurs 7 viennent au contact de sa surface latérale, comme cela est illustré sur la figure 2. Le courant peut ainsi s'écouler selon le chemin indiqué par les flèches 100 (figure 2) ou dans la direction opposée. De plus, un second disque 17, ayant un alésage axial de diamètre légèrement plus grand que celui du corps 2 du contact mâle 1, est prévu à l'extrémité du conteneur conducteur 8. Ledit second disque 17 a pour rôle de limiter la déformation du capuchon 9 et celui, illustré par la suite, d'éviter l'entrée d'aiguilles de glace à l'intérieur du contact femelle. Sur les figures 3,4,5 et 6, est illustré le comportement des contacts en présence de conditions climatiques entraînant la formation d'une couche 18 de glace sur le couvercle 4, sur le conteneur conducteur 8 et sur le capuchon 9. Au début du couplage, la couche de glace sur la surface plane 13 du capuchon 9 est brisée et éliminée par l'extrémité pyramidale ou conique 3 du corps 2. Quand, du fait du déplacement axial relatif le long de l'axe du conteneur 8, le corps 2 et le corps mobile auxiliaire 11 se touchent, l'extrémité 3 du corps 2 exerce une pression sur la glace qui est reprise seulement partiellement par le ressort 16 puisque ce dernier présente des dimensions appropriées pour seulement entraîner le corps auxilaire 11 à prendre la position de la figure 1 en condition de repos. La réaction du capuchon 9, qui est, de préférence, constitué d'un matériau qui repousse la glace déformable élastiquement, tel que, par exemple, du caoutchouc de silicone, a lieu de préférence de façon périphérique. Ainsi, si de la glace se forme sur le capuchon 9, à cause du fait que la glace est un matériau non élastique de façon inhérente, il en résulte que la glace ne peut pas réagir en réponse à la charge ou action ponctuelle du contact mâle, et il se produit, au centre du capuchon 9, une action combinée de pression et de flexion. La force de réaction créée dépasse la contrainte de rupture de la glace, qui se fend en morceaux selon des secteurs, dont le centre est approximativement le point de poussée du corps 2. L'extrémité 3 de ce dernier possède également une action éliminant la glace, puisque les morceaux sont écartés radialement et que le contact mâle se déplace jusqu'à ce que le corps 2 touche et écarte les éléments conducteurs 7, lesquels éléments réagissent élastiquement et, en conséquence, permettent la création d'une série de points de contact métal-métal appropriés,en raison de leur pression, à procurer un passage correct de courant. Evidemment, le nombre desdits éléments 7, leurs sections transversales et leur élasticité, dépendent du courant nominal et du courant momentané dépendant du couplage lui-même. Sur les figures 7,8,9 et 10, qui sont semblables aux figures 3,4,5 et 6, est montrée une paire dé contacts dans laquelle le corps 2 est également muni de moyens de protection contre la formation de glace et contre la pollution de l'environnement sous forme de particules solides, de vapeur ou de gaz. De façon semblable à ce qui a été montré pour le contact femelle 6, sur le corps métallique 2 de l'élément mâle 1, est disposé un second conteneur 19 qui est placé de façon concentrique et à l'extérieur de celui-ci, ledit second conteneur 19 coulissant axialement sur le corps 2, et ayant une surface plane perforée contiguë à la borne 5 et un troisième disque perforé 20 à partir duquel une partie du corps 2 fait saillie en même temps que l'extrémité conique 3. Un second capuchon 21 est associé de façon coaxiale et externe audit disque 20, ledit capuchon 21 présentant une surface plane 23 ayant un alésage 22, dont la forme correspond à celle du corps 2 et qui est défini axialement au conteneur 19.La surface plane 23 dudit capuchon 21 en regard de la surface 13 du capuchon 9 est placée sensiblement à l'extrémité du corps 2, à partir de laquelle l'extrémité 3 part, le conteneur 19 étant en aboutement avec un épaulement en gradin 24 prévu sur le corps 2. Egalement dans ce cas, ledit second capuchon 21 est constitué d'un matériau qui repousse la glace déformable élastiquement. Coaxialement audit second conteneur 19, est agencé un élément déformable élastiquement, constitué de préférence d'un second ressort hélicoidal 25, coopérant à ses extrémités, respectivement, avec une paroi du couvercle 4 et avec l'extrémité du second capuchon 21 entourant ledit second conteneur 19. Les phases subséquentes de connexion et de déconnexion sont semblables à celles précédemment décrites, la présence du second capuchon 21, en même temps que le second conteneur 19 et le second ressort 25, permettant de protéger, dans tous les cas, le corps 2 du contact mâle 1 à la fois de la pollution de l'environnement et de la formation de glace, ledit corps 2 étant en fait protégé de façon permanente. Pendant la phase de connexion, en outre, le second conteneur 19 peut coulisser axialement par rapport au corps 2, en permettant, dans tous les cas, au corps lui-même d'entrer en contact avec les éléments conducteurs 7 du contact femelle 6. Les figures 6 et 10, en particulier, représentent les contacts dans la position de couplage après qu'une couche de glace s'est formée : l'action de déconnexion a lieu sous l'application d'une force axiale le long de l'axe des contacts, dans la direction appropriée pour éloigner le contact femelle du contact mâle, ou vice versa. La réaction à ce déplacement est naturellement indépendante de la présence de glace, puisque celle-ci, si elle est présente, peut seulement stêtre formée sur des zones où il n'y a aucun élément en déplacement réciproque que la glace peut influencer. Evidemment, les composants des contacts individuels peuvent présenter différentes formes et dimensions, et ceux-ci peuvent être réalités en tout matériau approprié, selon des exigences spécifiques. REVENDICATIONS 1 - Paire de contacts électriques protégés, utilisable en particulier dans des commutateurs électriques isolants, caractérisée en ce qu'au moins le contact femelle (6) est toujours protégé de l'attaque de la pollution de l'environ- nement et de la formation de glace au moyen d'un conteneur (8) complètement fermé qui comprend un corps d'étanchéité auxiliaire mobile (11), coopérant avec le contact mâle (1), ledit corps auxiliaire (11) permettant, pendant l'action de couplage, l'entrée dudit contact mâle (1) dans le contact femelle (6) et permettant d'obtenir la condition de conduction et de rétablir simultanément la condition d'étanchéité dudit conteneur (8) et, pendant le déplacement inverse, d'établir la coupure du couplage, et de rétablir l'action d'étanchéité dudit conteneur (8) destiné à protéger ledit contact femelle (6). 2 - Paire de contacts électriques selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit contact femelle (6) est logé et protégé dans un premier conteneur conducteur (8), ledit contact mâle (1) étant constitué d'un corps métallique (2) en une pièce protégé par un couvercle (4) contre la pollution et la formation de glace, ledit couvercle (4) permettant le passage du contact femelle (6) pendant le déplacement de couplage et évitant des dépôts de pollution et/ou la formation de glace sur celui-ci. 3 - Paire de contacts électriques selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit premier conteneur (8) qui protège ledit contact femelle (6) est muni, à une extrémité, d'un premier capuchon (9) adapté pour réaliser un joint étanche pour éviter l'entrée d'eau ou de pollution de l'environnement, ledit premier capuchon (9) ayant une surface plane (13) en regard dudit contact-mâle, ayant un alésage (10) prévu axialement audit premier conteneur (8), avec une forme correspondant à celle dudit corps (2) du contact mâle (1), ledit premier capuchon (9) se déformant, dans la phase de couplage, sous l'action dudit corps (2) du contact mâle (1) et favorisant la rupture et l'enlèvement de toute glace oui peut stêtre formée sur ladite surface plane (13). 4 - Paire de contacts électriques selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit corps mobile auxiliaire (11) est logé à l'intérieur dudit premier conteneur (8), son extrémité en regard dudit corps (2) du contact mâle (1) étant disposée, en position de repos, dans le plan de ladite surface (13) du premier capuchon (9). 5 - Paire de contacts électriques selon la revendication 1, caractérisée en ce que, sur ledit corps (2) dudit élement mâle (1), est disposé, de façon concentrique et externe à celui-ci, un second conteneur d'étanchéité (19), qui peut coulisser axialement au corps lui-même, à l'extrémité dudit second conteneur (19) contiguë audit contact femelle étant associé un second capuchon (21), présentant une surface plane (23) ayant un alésage (22) prévu coaxialement audit second conteneur (19) et ayant une forme correspondant à celle dudit corps (2) dudit contact mâle (1).