Brevet FR2630579A1 — publié le 19891027

DISPOSITIF DE CONTACT TOURNANT OU COULISSANT POUR APPAREILLAGE ELECTRIQUE L'invention est relative à un appareillage électrique, notamment un sectionneur pour des installations de commutation et de distribution à haute ou moyenne tension, ayant un dispositif de contact tournant et/ou coulissant entre deux pièces conductrices mobiles l'une par rapport à l'autre, et comprenant une plage de contact annulaire coopérant avec une pluralité d'organes de contact à billes répartis circonférentiellement autour de la plage de contact, et sollicités élastiquement en engagement avec les surfaces de la plage pour assurer une continuité électrique permanente lors du mouvement relatif entre les deux pièces conductrices. Le document DE - 3045 206 concerne un sectionneur ayant un dispositif de contact coulissant à billes agence entre un organe conducteur fixe et un organe conducteur mobile en translation axiale. L'ensemble contacts à billes et éléments élastiques de pression de contact pose le problème d'une répartition inégale des forces d'application des billes sur les surfaces de contact conjuguées des deux organes du sectionneur. L'objet de l'invention consiste à réaliser un dispositif de contact à billes pour un appareillage électrique ayant une bonne répartition de la pression de contact des billes sur la plage de contact. L'appareillage électrique selon l'invention est caractérisé en ce que les deux pièces conductrices comportent un tube cylindrique traversant orthogonalement une pièce de contact annulaire en forme de disque pour définir une plage de contact cylindrique de révolution, et que les organes de contact à billes sont positionnés dans les logements correspondants d'une cage support disposée coaxialement autour du tube, chaque logement étant incliné par rapport à l'axe du tube pour la répartition de la pression de contact des organes de contact à billes sur la surface cylindrique du tube et la surface plane de la pièce de contact annulaire. Les logements des organes de contact à billes sont agences dans une succession d'alvéoles répartis angulairement à intervalles reguliers sur le corps de la cage avec une inclinaison de 45 degrés par rapport au tube, chaque logement renfermant un contact à bille et un ressort de pression de contact. Un tel agencement équilibré du dispositif de contact à billes permet aussi bien un mouvement relatif en rotation ou en translation entre les deux pièces conductrices. La cage est équipée d'une plaque de maintien de l'ensemble des ressorts de pression de contact à l'intérieur des logements correspondants. La cage et la pièce de contact entourent coaxialement le tube en étant solidarisees par des Vis d'assemblage à une embase conductrice assujettie à un bras de contact mobile de l'appareillage. Selon un premier mode de réalisation, le dispositif de contact tournant est intégré dans une articulation d'un bras de contact rotatif du sectionneur, l'ensemble cage, pièce de contact et embase pouvant tourner autour du tube fixe. Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif de contact coulissant comporte un tube mobile en translation susceptible de s'engager axialement dans la cage pour venir en contact avec les organes de contact à billes. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un sectionneur pour l'extérieur donne à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un sectionneur à haute tension, équipé d'un dispositif de contact selon l'invention, le sectionneur étant représenté en position de fermeture; - la figure 2 est une vue en plan de la figure 1, le sectionneur étant représenté en position de fermeture (traits pleins), et en position d'ouverture (traits en pointillé); la la figure 3 montre une vue de détail en coupe de l'articulation et du dispositif de contact tournant de l'un des bras de contact du sectionneur;; - la figure 3a représente un diagramme des forces d'application d'un contact à bille sur la plage de contact du dispositif de contact tournant de la figure 3; - la figure 4 montre une vue détaillée de la cage de support des contacts à billes; - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4; - la figure 6 est une vue de dessous de la figure 5; - la figure 7 représente le dispositif de contact coulissant pour la mise à la terre du sectionneur de la figure 1; - la figure 8 montre une vue partielle en plan selon la ligne VIII-VIII de la figure 7. En référence aux figures 1 et 2, un sectionneur 10 à haute tension pour l'extérieur comporte-deux isolateurs 12, 14 à colonnes tournantes dans des paliers13,15. Les isolateurs12,14 servent de supports respectifs à une paire de bras de contact mobiles 16, 18 à débattement angulaire dans un plan horizontal. Les deux isolateurs 12, 14 peuvent tourner autour d'axes verticaux 17, 1 9 séparés t'un de l'autre par un espace longitudinal. Les deux bras de contact 16, 18 sont montés à rotation inverse dans deux articulations 20, 22 prévues à la partie supérieure des deux isolateurs 12, 14.Un embiellage 24 relie mécaniquement la partie inférieure des deux isolateurs 12, 14 au niveau des paliers 13, 15, et est actionné par un mécanisme de commande (non représente) lors des opérations de fermeture et d'ouverture du sectionneur 10. A l'opposé des articulations 20, 22, les extrémités libres des bras mobiles 16, 18 sont équipées de contacts à couteaux 26, 28 venant en engagement l'un avec l'autre en position de fermeture du sectionneur 10. Dans cette position, les bras 16, 18 sont alignés entre les deux articulations 20, 22 , et les contacts 26, 28 se trouvent approximativement dans la partie médiane de l'espace longitudinal. Chaque bras de contact 16, 18 rotatif est relié électriquement à une prise Je courant 30, 32 par l'intermédiaire d'un dispositif de contact tournant 34 agencé dans l'articulation 20, 22 correspondante. Le circuit électrique, formé par les prises 30, 32 d'entrée et de sortie, les bras 16, 18 et les contacts å couteaux 26, 28, se trouve au potentiel de la haute tension, et est isolé électriquement du mécanisme de commande par les deux isolateurs 12, 14. Lors de l'ouverture du sectionneur 10, l'embiellage 24 provoque un premier mouvement de rotation de 90 degrés du bras 1 6 dans le sens des aiguilles d'une montre (voir flèche F1 figure 2), et un deuxième mouvement simultané de rotation inverse et de même amplitude du bras 18 (voir flèche F2). Dans cette position d'ouverture, les deux bras 16, 18 (montrés en traits pointiLlés) s'étendent parallèlement l'un à l'autre d'un même côté des articulations 20, 22 et dans le plah horizontal de débattement. Le fonctionnement d'un tel sectionneur est bien connu des spécialistes, et il est inutile de le décrire plus en détails. Les dispositifs de contacts tournants 34 des bras 16, 18 sont identiques dans chaque articulation 20, 22, et seul celui associé à l'articulation 20 sera décrit par la suite en référence aux figures 3 à 6. L'articulation 20 (voir figure 3) comporte une embase 36 à structure creuse en matériau bon conducteur de l'électricité, notamment en aluminium, ayant une bride 38 de montage de l'isolateur tournant 12, et une ouverture 40 de réception du bras de contact 16.La liaison électrique entre le bras 1 6 et 1 'embase 36 est assurée par des vis d'assemblage 42. La prise de courant 30 est formée par un tube 44 fixe s'étendant orthogonalement au bras de contact 16 et coaxialement à l'axe 17 de rotation de l'isolateur 1 2. Le tube 44 vertical est en cuivre, et traverse à jeu deux orifices 46, 48 cylindriques et alignés de l'embase 36. La surface latérale du tube 44 est dotée de deux rainures circulaires pouvant recevoir deux circlips 50, 52 d'arrêt positionnés axialement de part et d'autre de l'orifice 46 supérieur de l'embase 36 de manière à autoriser le mouvement relatif de rotation de l'ensemble embase 36 et bras 1 6 autour du tube 44 fixe, intervenant lors du déplacement de l'isolateur tournant 12 sur l'axe 17. La liaison électrique entre le tube 44 fixe vertical et l'embase 36 mobile est assurée par le dispositif de contact tournant 34 comprenant une pluralité de contacts à billes 54, positionnées dans des logements 56 correspondants d'une cage 58 isolante de support ayant une surface de révolution autour du tube 44 de la prise 30. La cage 58 est réalisée par moulage d'une matière plastique, et se trouve à l'intérieur de l'embase 36 au droit de l'orifice 48 inférieur. La cage 58 comporte un alésage 59 central traversé à faible jeu par le tube 44 fixe. Les logements 56 de la cage 58 sont conformés dans une succession d'alvéoles 60 répartis angulairement à intervalles réguliers autour du tube 44 avec une inclinaison de 45 dégrés par rapport à l'axe 1 7 vertical de rotation de l'isolateur 12.Les contacts à billes 54 sont au nombre de dix et réalisés en matériau bon conducteur de l'électricité, notamment à base de cuivre, pour assurer le passage du courant entre le tube 44 et une pièce de contact 62 annulaire en-forme de disque ou galette coaxiale au tube 44, et solidaire de l'embase 36. Le fond ouvert de chaque logement 56 est taille en biseau du côté de la plage de contact (voir figure 5). Une plaquette 64 conformée en rondelle bimétallique de cuivre et d'aluminium est prévue entre 1 'embase 36 en aluminium et la pièce de contact 62 lorsque cette dernière est réalisée en cuivre. La présence de cette plaquette 64 évite toute corrosion électrolytique entre le contact tournant 34 en cuivre et l'embase 36 en aluminium. Dans chaque logement 56 de la cage 58 se trouve un ressort de compression 66 intercalé entre un pion 68 d'appui et une plaque 70 commune coiffant la partie supérieure de la cage 58. La plaque 70 maintient l'ensemble des ressorts 66 à l'intérieur des logements 56 et comporte un orifice central traversé par le tube 44. A l'opposé du ressort 66, laface plane de chaque pion 68 prend appui sur le contact à bille 54. Il en résulte une pression de contact prédéterminée des billes 54 sur la plage de contact cylindrique de révolution constituée par la disposition en équerre du tube 44 et de a pièce de contact 62 annulaire. L'inclinaison à 45 degrés des logements 56 de la cage 58, permetune répartition correcte de la pression de contact des billes 54 sur la plage de contact annulaire grâce à l'égalité des composantes des forces de pression P1 et P2 s'exerçant simultanément sur le tube 44 et la pièce de contact 62 en galette (voir diagramme des forces de pression sur la figure 3a). L'inclinaison peut bien entendu être modifiée, par exemple dans une fourchette de 30 à 60 degrés. Lors de la rotation de l'ensemble embase 36 et dispositif de contact tournant 34 autour du tube 44 fixe, les contacts à billes 54 ne roulent pas sur elles-mêmes dans leurs logements 56 respectifs, mais restent maintenues par les ressorts 66 contre le tube 44 et la pièce de contact 62. Il en résulte un contact tournant permanent dans l'articulation 20 quel que soit la position du bras de contact 16. Des vis d'assemblage 72 traversent des orifices 74 ménagés dans la plaque 70, la cage 58, la pièce de contact 62 et la plaquette 64 pour solidariser le dispositif de contact tournant 34 a' à 'embase 36. Un premier capot 76 protecteur est fixé sur le tube 44 à l'intérieur de l'embase 36 pour obturer l'orifice central de la plaque 70 du dispositif à contact tournant 34. Un deuxième capot 78 protecteur est assujetti au tube 44 à l'extérieur de l'embase 36 pour fermer l'orifice supérieur 46. L'opération de mise à la terre du sectionneur 10 a haute tension est empêchée en position de fermeture, mais est autorisée en position d'ouverture des contacts 26, 28 grâce à une manoeuvre distincte du mécanisme de commande. La figure 1 montre l'emplacement de la tête de contact 80 de mise à la terre fixée sur le bras de contact 16 du sectionneur 10. Sur les figures 7 et 8, on remarque que la tête de contact 80 de mise a'.la terre comporte undispositif de contact coulissant 82 fixé à demeure au bras de contact 16 du sectionneur 10 par l'intermédiaire d'une embase 84 aluminium. La structure du dispositif de contact coulissant 82 est analogue à celle du dispositif de contact tournant 34 selon les figures 3 à 6, et les mêmes numéros de repères seront utilisés pour désigner des pièces identiques. Le dispositif de contact coulissant 82 est équipé d'une pièce de contact 62 et d'une cage 58 à billes de contact 54 engagées dans des logements 56 inclinés à 45 degrés par rapport à la direction verticale 86 d'engagement d'un contact mobile 88 (montré en pointillés). Le contact mobile 88 est formé par un tube conducteur, lequel est relié électriquement à la terre, et animé mécaniquement d'un mouvement de translation (voir flèche F3 sur figure 7) en fin de course de mise à la terre. Le tube du contact mobile 88 pénètre dans la cage 58 et vient en contact avec les billes 54 en traversant des orifices de la pièce de contact 62 et de l'embase 84. Des vis de fixation 90 assurent l'assemblage de l'embase 84, de la pièce de contact 62 et du dispositif de contact coulissant 82 au bras de contact 16. En position de mise à la terre du sectionneur 10, la prise 30 se trouve au potentiel de la terre grâce au dispositif de contact tournant 34 et à l'insertion du tube 88 dans le dispositif de contact coulissant 82. Dans cette position, les ressorts 66 de compression sollicitent les billes 54 en contact avec la plage de contact formée par la pièce de contact 62 et le tube 88 coulissant. A l'embase 84 est fixée de plus une bride 92 conductrice servant de support à deux cornes 94 symétriques à extrémités en V entre lesquelles vient s'engager à pivotement le contact mobile 88 avant son mouvement de translation selon la flèche F3. Les cornes 94 se trouvent au potentiel de la bride 92 et du bras de contact 16. Une butée 96 isolée électriquement de la bride 92, est agencée entre les cornes 94 pour stopper le mouvement de pivotement du tube 88 avant son mouvement de translation ascendant dans le dispositif de contact coulissant 82. Les dispositifs de contact tournant 34 et coulissant 82 selon l'invention peuvent bien entendu être utilisés -dans d'autres types d'appareillage à haute ou moyenne tension, notamment des interrupteurs ou sectionneurs pour l'extérieur à isolement dans l'air, et également dans les postes ou cellules blindés à isolement gazeux. Selon une variante du dispositif de contact tournant 34 selon les figures 1 à 6, la cage 58 de logement des billes 54 pourrait être fixe, alors que le tube 44 serait mobile en rotation. REVENDICATIONS 1. Appareillage électrique pour des installations de commutation et de distribution à haute ou moyenne tension, notamment un sectionneur ou un interrupteur ayant un dispositif de contact tournant (34) ettou coulissant (82) entre deux pièces conductrices (62, 44, 88) mobiles l'une par rapport à l'autre, et comprenant une plage de contact annulaire coopérant avec une pluralité d'organes de contact à billes (54) répartis circonférentiellement autour de la plage de contact, et sollicités élastiquement en engagement avec les surfaces de la plage pour assurer une continuité électrique permanente lors du mouvement relatif entre les deux pièces conductrices, caractérisé en ce que les deux pièces conductrices comportent un élément cylindrique, notamment un tube (44, 88) traversant orthogonalement une pièce de contact (62) annulaire en forme de disque pour définir une plage de contact cylindrique de révolution, et que les organes de contact à billes (54) sont positionnés dans des logements (56) correspondants d'une cage (58) support disposée coaxialement autour du tube (44, 88), chaque logement (56) étant incliné par rapport à l'axe (17, 86) du tube (44, 88) pour la répartition de la pression de contact des organes de contact à billes (54) sur la surface cylindrique du tube (44, 88) et la surface plane de la pièce de contact (62) annulaire. 2. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les logements (56) des organes de contact à billes (54) sont agencés dans une succession d'alvéoles (60) répartis angulairement à intervalles réguliers sur le corps de la cage (58) avec une inclinaison de 45 degrés par rapport au tube (44, 88), chaque logement (56) renfermant un contact à bille (54) et un ressort 66 de pression de contact. 3. Appareillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cage (58) est équipée d'une plaque (70) de maintien de l'ensemble des ressorts (66) de pression de contact à l'intérieur des logements (56) correspondants. 4. Appareillage selon la revendication 3, caractérise en ce que la cage (58) est réalise en matériau plastique isolant, un pion (68) étant inséré dans chaque logement (56) entre le ressort (66) de compression et le contact à bille (54). 5. Appareillage selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la cage (58) et la pièce de contact (62) entourent -coaxialement le tube (44, 88) en étant solidarisées par des vis d'assemblage (72, 90) à une embase (36, 84) conductrice assujettie à un bras de contact (16) mobile du sectionneur. 6. Appareillage selon'la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau conducteur de l'embase (36, 84 est différent de celui de la pièce de contact (62), et qu'une plaquette (64) anticorrosion en matériau bimétallique est interposée entre l'embase (36, 84) et la pièce de contact (62). 7. Appareillage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de contact tournant (34) est intégré dans une articulation (20, 22) d'un bras de contact (16, 18) rotatif du sectionneur (10), l'ensemble cage (58), pièce de contact (62) et embase (36) pouvant tourner autour du tube (44) fixe. 8. Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'extrémité libre du tube (44) est agencée en prise de courant du sectionneur (10). 9. Appareillage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de contact coulissant '(82) comporte un tube (88) mobile en translation susceptible de s engager axialement dans la cage (58) pour venir en contact avec les organes de contact à billes (54). 10. Appareillage selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fond ouvert de chaque logement (56) est taillé en biseau du côté de la plage de contact.