Brevet FR2725302A1 — publié le 19960405

Un isolateur électrique équipé de fibres optiques et son procédé de fabrication L'invention porte sur un isolateur électrique comprenant un tube stratifié, deux ferrures insérées aux deux extrémités du tube, un revêtement en matériau élastomère entourant le tube et constituant une pluralité d'ailettes annulaires qui saillent à partir du tube et un guide d'onde optique mis en place à l'intérieur de10 l'isolateur pour s'étendre d'une extrémité du tube à l'autre extrémité du tube en traversant les deux ferrures pour déboucher vers l'extérieur de l'isolateur. Un isolateur électrique du genre indiqué ci-dessus est destiné en particulier pour servir d'organe support isolant à une installation extérieure haute tension comme décrit dans le document US-4802731. Ce document divulgue une première disposition selon laquelle le guide d'onde optique est mis en place dans le volume intérieur du tube suivant un trajet linéaire ou même20 hélicoXdal. Toutefois, le volume intérieur du tube est généralement rempli d'un gaz diélectrique sous pression, comme du SF6, pour éviter les phénomènes d'amorçage d'arcs électriques entre l'extrémité de haut potentiel de l'isolateur et l'extrémité de bas potentiel de l'isolateur. Il s'ensuit que cette disposition du guide d'onde optique implique des problèmes d'étanchéité puisque le guide d'onde optique doit passer du volume intérieur du tube à l'extérieur du tube. Le document cité ci-dessus divulgue encore une disposition selon laquelle le guide d'onde optique est noyé dans l'épaisseur du tube stratifié. En fait il est proposé de combiner l'enroulement filamentaire pour la fabrication du tube stratifié avec un enroulement du guide d'onde optique. Un tel procédé s'avère en pratique très difficile à35 mettre en oeuvre notamment parce que le guide d'onde optique doit subir des contraintes tant mécaniques que thermiques lors de l'opération de chauffage du tube qui suit l'enroulement filamentaire. De plus, il s'avère difficile de maintenir une extrémité du guide d'onde optique alors qu'on procède à son enroulement, gérer le retournement de 5 l'enroulement filamentaire en même temps que l'enroulement du guide d'onde optique. En plus, les extrémités du tube doivent être tronçonnées ce qui est délicat en présence du guide d'onde optique. Le document cité ci-dessus propose encore de noyer le guide d'onde optique dans le matériau élastomère qui revêt le tube stratifié et qui constitue les ailettes isolantes. Mais là encore, un tel procédé s'avère très difficile à mettre en oeuvre quand les ailettes de l'isolateur sont constituées par une bande continue en matériau élastomère15 obtenue par extrusion et qui est enroulée en hélice autour du tube. De plus, ce procédé implique que le pas d'enroulement du guide d'onde optique autour du tube soit identique au pas d'enroulement de la bande continue extrudée qui constitue les ailettes. Or il s'avère nécessaire de20 pouvoir faire varier la longueur du guide d'onde entre les deux extrémités du tube indépendamment du nombre d'ailettes pour adapter le gradient de la tension électrique admissible qui est établie dans le guide d'onde optique. Le but de l'invention est de proposer un isolateur électrique qui ne présente pas les inconvénients indiqués ci-dessus et qui est simple à réaliser. Selon l'invention, l'isolateur électrique est caractérisé par une rainure dans la paroi du tube, cette rainure s'enroulant en hélice autour de l'axe longitudinal30 du tube, le guide d'onde optique étant disposé dans le fond de la rainure et le long de celle-ci en étant noyé dans un matériau élastomère qui remplit la rainure. Cette disposition assure un positionnement stable du guide d'onde. Le pas d'enroulement de la rainure peut être constant tout35 le long de l'axe longitudinal du tube. Ce pas d'enroulement peut encore être constant sur une partie de longueur seulement de l'axe longitudinal et varier à proximité des ferrures. Si la rainure est prévue suffisamment large ou suffisamment profonde, sans que les dimensions de la rainure affectent les caractéristiques mécaniques du tube (bien 5 entendu l'épaisseur de la paroi du tube est prévue en conséquence), il est possible de mettre en place un guide d'onde optique constitué d'un grand nombre de fibres optiques. Le réglage du pas d'enroulement de la rainure en hélice permet d'obtenir une disposition selon laquelle10 chaque extrémité de la rainure en hélice est en alignement suivant l'axe longitudinal du tube avec un passage du guide d'onde optique dans une ferrure. Les passages dans les ferrures peuvent être mutuellement alignés suivant l'axe longitudinal du tube ou mutuellement décalés angulairement15 suivant cet axe. Le pas d'enroulement de la rainure en hélice peut être rendu indépendant des positions relatives des passages dans les ferrures si chaque extrémité de cette rainure en hélice se prolonge par une rainure circulaire s'enroulant autour de l'axe longitudinal du tube à proximité20 du bord d'une ferrure qui est placé du côté du milieu du tube. L'invention s'étend à un procédé de fabrication d'un tel isolateur qui est simple à mettre en oeuvre. Un mode de réalisation de l'invention est décrit ci- dessous en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique partiellement coupée d'un tube stratifié équipé d'une paire de ferrures constituant une partie d'un isolateur électrique. La figure 2 montre schématiquement le tube de la figure 1 dans lequel est aménagée une rainure hélicoïdale pour le passage d'un guide d'onde optique. La figure 3 montre schématiquement, en coupe axiale, une partie du tube de la figure 2 avec la rainure dans laquelle est déposée la première bande en matériau35 élastomère. La figure 4 montre schématiquement la partie du tube de la figure 3 mais avec le guide d'onde optique déposé sur la première bande en matériau élastomère. La figure 5 montre schématiquement la partie du tube de la figure 4 mais avec le guide d'onde optique noyé dans le matériau élastomère. La figure 6 montre schématiquement le tube de la figure 2 une fois que le guide d'onde optique est noyé dans le matériau élastomère.10 La figure 7 montre schématiquement l'isolateur électrique avec son revêtement final en matériau élastomère constituant des ailettes. L'isolateur électrique montré à la figure 7 comporte un tube stratifié 1 visible à la figure 1. Ce tube stratifié 1 est obtenu par enroulement de fibres ou fils minéraux ou organiques, comme la fibre de verre, sur un mandrin non représenté. Les fils ou fibres sont agglomérées en couches successives par une résine synthétique durcissable. Le tube 1 peut prendre une forme cylindrique comme montrée à la figure 1, tronconique, bitronconique ou autre. Le mandrin avec le tube stratifié 1 est amené à l'intérieur d'une étuve chauffante pour polymériser la résine synthétique. L'ensemble est ensuite sorti de l'étuve25 et les extrémités du tube stratifié 1 sont tronçonnées pour obtenir la longueur axiale voulue du tube. Celle-ci est de l'ordre de quelques mètres lorsque l'isolateur électrique sert de support fixe à une installation à haute tension. A noter que le tube stratifié 1 (notamment quand il s'agit30 d'une tube cylindrique) sur le mandrin peut être tronçonné en plusieurs endroits pour obtenir plusieurs tubes stratifiés ayant chacun une longueur axiale voulue. Le mandrin est ensuite extrait du tube stratifié 1 (ou des tubes stratifiés obtenus après tronçonnage comme indiqué ci-dessus). Deux ferrures 2 et 3 sont insérées respectivement aux deux extrémités du tube et scellées chacune à l'aide d'un agent collant sur une portée du tube. Chaque portée cylindrique est venue d'usinage de la surface extérieure 5 d'extrémité du tube. A noter que les deux ferrures présentent dans leur paroi respectivement des passages 2A et 3A représentés de façon schématique sur les figures, qui s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe 1A quand les ferrures sont insérées sur le tube. Il est entendu que10 chaque passage débouche uniquement vers l'extérieur du tube. Le tube stratifié 1 équipé des deux ferrures 2 et 3 est monté sur un tour non représenté, les ferrures étant prises dans les mors du tour. Il est usiné par fraisage de manière à former dans la paroi du tube une rainure 4B qui15 s'enroule en hélice autour de l'axe longitudinal 1A du tube. Les extrémités de la rainure 4B sont en alignement suivant l'axe 1A avec les ouvertures 20A,30A des passages 2A et 3A (ouvertures placées du côté du milieu du tube sur la figure 2) dans les ferrures, l'alignement étant obtenu facilement par un réglage du pas (constant ou variable) de l'enroulement de la rainure 4B. A noter que la rainure hélicoïdale 4B est avantageusement prolongée à ses deux extrémités respectivement par deux rainures circulaires 4A et 4B qui sont réalisées à proximité du bord intérieur de25 chaque ferrure qui est placé du côté du milieu du tube. cette disposition permet de s'affranchir du réglage du pas P d'enroulement de la rainure 4B quelque que soit la position relative des passages dans les ferrures. Le tube stratifié 1 avec les rainures 4A,4B et 4C est montré à la figure 2. A30 noter encore que les rainures 4A,4B et 4C sont réalisées sur la surface extérieure "cylindrique" du tube stratifié. En variante, chaque rainure circulaire 4A et 4B fait partie de la portée sur laquelle est insérée une ferrure, cette portée ayant été usinée avant le scellement des ferrures sur le35 tube, ce qui simplifie la fabrication de l'isolateur électrique. Il est entendu que l'épaisseur de la paroi du tube stratifiée est prévue de façon à tenir les contraintes mécaniques requises en présence des rainures 4A à 4C. La profondeur des rainures 4A à 4C doit en outre être5 suffisante pour accueillir un guide d'onde optique tel qu'un faisceau de fibres optiques 6 comme décrit par la suite. Après réalisation de la rainure 4B ou des rainures 4A à 4C, une bande 5 en matériau élastomère, à section complémentaire à la section de chaque rainure et obtenue par extrusion, est déposée dans la ou les rainures 4A,4B,4C le long de celle(s)-ci, par un enroulement en hélice, comme montré à la figure 3. Ensuite, un faisceau de fibres optiques 6, de préférence en nappe, est enfilé, par une de ses extrémités dans le passage 20A, par exemple, de la ferrure 2. Puis, il est déposé sur le dessus de la bande 5, par un enroulement en hélice, comme montré à la figure 4. L'autre extrémité du faisceau de fibres optiques est ensuite enfilée dans le passage 3A de la ferrure 3.20 Les fibres optiques 6 sont ensuite noyées à l'intérieur de la bande 5 par écrasement de l'ensemble (fibres optiques et bande) à l'aide d'un galet de pression qui roule le long des rainures 4A,4B et 4C. La pression exercée par le galet sur le tube est éventuellement25 réglable. De cette façon, les fibres optiques 6 sont plaquées dans le fond de la rainure 4 (en fait 4A,4B et 4C) qui est remplie complètement du matériau élastomère 5 comme montré à la figure 5 de sorte à obtenir une surface extérieure du tube 1 qui soit uniforme. La figure 6 montre30 l'aspect extérieur du tube après l'opération de roulage avec les fibres optiques 6 qui débouchent aux deux extrémités du tube au travers des ferrures 2 et 3. A noter que si le tour sur lequel est monté le tube 1 entraine en rotation celui-ci autour de son axe 1A, il est avantageux de réaliser en même35 temps le dépôt des fibres optiques 6 sur la bande 5 (par enroulement) et l'écrasement de ces fibres optiques et de la bande de sorte à réduire le temps de fabrication de l'isolateur. Le tube stratifié 1 de la figure 6 équipé des fibres optiques 6 est ensuite revêtu d'un matériau élastomère vulcanisé, tel qu'un caoutchouc éthylène-propylène ou un silicone, comme décrit dans la demande de brevet FR-2363170 de façon à former une pluralité d'ailettes isolantes 7 autour du tube 1 et obtenir l'isolateur électrique montré à la figure 7. En particulier, ces ailettes sont constituées à10 partir d'une bande continue du matériau élastomère qui est obtenue par extrusion et qui présente en section la forme d'un T renversé. La petite transition des fibres optiques depuis le tube 1 (en fait depuis une rainure) vers un ferrure (en fait dans un passage tel que 2A ou 3A) est15 recouverte par la bande en matériau élastomère qui constitue les ailettes isolantes. Dans le procédé qui vient d'être décrit, le pas d'enroulement de la rainure peut varier le long du tube sans que cela gène la mise en place des fibres optiques dans la20 rainure et dans les ferrures. De plus, les différentes phases de la fabrication de l'isolateur électrique sont bien dissociées entre elles ce qui simplifie la mise en oeuvre du procédé. Il est entendu, qu'après l'écrasement de la bande 6, la surface extérieure du tube est uniforme pour obtenir une bonne adhérisation sur le tube stratifié de la bande constituant les ailettes isolantes. REVENDICATIONS 1.) Un isolateur électrique comprenant un tube stratifié (1), deux ferrures (2,3) insérées aux deux extrémités du tube, un revêtement en matériau élastomère entourant le tube et constituant une pluralité d'ailettes annulaires (7) qui saillent à partir du tube et un guide d'onde optique (6) qui est mis en place à l'intérieur de l'isolateur pour s'étendre d'une extrémité du tube à l'autre10 extrémité du tube en traversant les deux ferrures pour déboucher vers l'extérieur de l'isolateur, caractérisé par une rainure (4B) dans la paroi du tube, cette rainure s'enroulant en hélice autour de l'axe longitudinal (1A) du tube, le guide d'onde optique étant disposé dans le fond de15 la rainure et le long de celle- ci en étant noyé dans un matériau élastomère (5) qui remplit la rainure. 2.) L'isolateur électrique selon la revendication 1, dans lequel la rainure en hélice (4B) s'enroule autour de l'axe longitudinal du tube avec un pas constant. 3.) L'isolateur électrique selon la revendication 1, dans lequel la rainure en hélice (4B) s'enroule autour de l'axe longitudinal du tube avec un pas qui varie le long de25 cet axe. 4.) L'isolateur électrique selon la revendication 2 ou 3, dans lequel chaque extrémité de la rainure (4B) est en alignement suivant l'axe longitudinal du tube avec un30 passage (2A,3A) du guide d'onde optique (6) dans une ferrure. 5.) L'isolateur électrique selon la revendication 1, dans lequel chaque extrémité de la rainure en hélice (4B) se prolonge par une rainure circulaire (4A,4B) s'enroulant autour de l'axe longitudinal (1A) du tube à proximité du bord d'une ferrure. 6.) L'isolateur électrique selon la revendication 5, dans lequel chaque rainure circulaire (4A,4C) fait partie d'une portée du tube sur laquelle est scellée une ferrure. 7.) L'isolateur électrique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel chaque rainure (4A,4B,4C) s'ouvre vers la surface extérieure du tube. 8.) L'isolateur électrique selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le guide d'onde optique (6) est constitué par une pluralité de fibres optiques disposées en nappe dans le fond de chaque rainure. 9.) Un procédé de fabrication d'un isolateur électrique comprenant un tube stratifié (1), deux ferrures (2,3) insérées aux deux extrémités du tube, un revêtement en matériau élastomère entourant le tube et constituant une pluralité d'ailettes annulaires (7) qui saillent à partir du tube, procédé dans lequel au moins un guide d'onde optique (6) est mis en place à l'intérieur de l'isolateur pour s'étendre d'une extrémité du tube à l'autre extrémité du tube en traversant les deux ferrures pour déboucher vers l'extérieur de l'isolateur, caractérisé par les étapes suivantes: - usinage du tube stratifié pour former une rainure (4B) dans la paroi du tube (1), cette rainure s'enroulant en hélice autour de l'axe longitudinal (1A) du tube, - mise en place dans la rainure et le long de celle-ci d'une bande continue extrudée (5) en matériau élastomère, - dépôt du guide d'onde optique (6) sur le dessus de la bande le long de la rainure, - écrasement du guide d'onde optique (6) et de la bande (5) pour plaquer le guide d'onde optique dans le fond de la rainure et le noyer dans le matériau élastomère. 10.) Le procédé selon la revendication 9, comprenant en outre l'étape suivante: - usinage du tube stratifié (1) pour former deux rainures (4A,4C) circulaires qui s'enroulent autour de l'axe longitudinal (1A) du tube de sorte que chaque rainure10 circulaire prolonge une extrémité de la rainure en hélice (4B) et est placée à proximité du bord d'une ferrure. 11.) Le procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel chaque rainure (4A,4B,4C) est formée après que les ferrures soient scellées sur les extrémités du tube. 12.) Le procédé selon la revendication 10, dans lequel chaque rainure circulaire (4A,4B) est formée avant que les ferrures soient scellées sur les extrémités du tube.20 13.) Le procédé selon l'une des revendications 9 à 12, dans lequel les étapes de dépôt du guide d'onde optique (6) sur le dessus de la bande en matériau élastomère (5) et d'écrasement du guide d'onde et de la bande sont réalisées en même temps.