Brevet FR2852729A1 — publié le 20040924

L'invention concerne un appareil électrique haute ou moyenne tension 5 comprenant un contact fixe destiné à recevoir un contact mobile sensiblement cylindrique, ce contact mobile étant guidé en translation par un support fixe selon une direction longitudinale pour être inséré dans le contact fixe ou pour en être retiré, le contact mobile présentant un défaut de concentricité inférieur à 6 millimètres par rapport au contact fixe et/ou par 10 rapport au support fixe. L'invention s'applique aux appareils électriques tels que les sectionneurs ou les disjoncteurs. Le contact mobile qui a généralement une forme externe cylindrique est guidé le long d'une partie interne cylindrique du support fixe, et il peut être déplacé longitudinalement pour entrer dans une zone 15 d'insertion du contact fixe ayant une forme complémentaire. Idéalement, le contact mobile, le contact fixe et le support fixe ont des axes de symétrie parfaitement coaxiaux pour assurer le meilleur contact électrique possible lorsque l'appareil est fermé. Mais compte tenu du nombre important de pièces usinées et ajustées dans un tel appareil, on recherche généralement 20 une conception capable de tolérer un certain défaut de concentricité du contact mobile par rapport au contact fixe et par rapport au support fixe. La capacité à tolérer ce défaut permet d'augmenter les tolérances d'usinage pour réduire le coût de fabrication de l'appareil. On entend par défaut de concentricité du contact mobile par rapport au contact fixe le diamètre d'un 25 cercle centré sur l'axe de symétrie et situé au niveau de la zone d'insertion. Le cercle considéré est le plus petit cercle contenant toujours l'axe de symétrie du contact mobile lorsqu'il arrive dans le contact fixe. Le défaut de concentricité du contact mobile par rapport au support fixe se définit de manière analogue. Ces défauts de concentricité sont généralement compensés par une première et une deuxième tulipe fixées respectivement au contact fixe et au support fixe, chaque tulipe entourant le contact mobile. La première tulipe assure le passage de courant électrique depuis le contact mobile vers le contact fixe, et la seconde depuis le support fixe vers le contact mobile. Une 35 tulipe est le plus souvent une pièce de cuivre monobloc comprenant des doigts qui s'étendent parallèlement à la direction longitudinale pour former une pince. Lorsque le contact mobile entre dans le contact fixe, les doigts de chaque tulipe' appuient sur sa périphérie. L'élasticité des doigts leur permet de se déplacer radialement tout en restant en appui contre le contact mobile, pour assurer un contact électrique satisfaisant. La fabrication d'une telle 5 tulipe nécessite des usinages complexes induisant un coût élevé, et le défaut de concentricité admissible est généralement inférieur à 3 millimètres. Un défaut de concentricité trop important se traduit par une pression de contact augmentée pour une partie des doigts de contact et insuffisante ou nulle pour les doigts opposés, ce qui conduit à une connexion électrique 10 dégradée. Dans un sectionneur connu du brevet US 3867602, la tulipe comprend plusieurs pièces formant des doigts indépendants aptes à pivoter pour se rapprocher de l'axe longitudinal. Un ou plusieurs ressorts toriques entoure ces doigts pour les maintenir en appui contre la périphérie du contact mobile. 15 Ce type de sectionneur peut accepter un défaut de concentricité supérieur à 3 millimètres. En contrepartie, la tulipe comporte une grande quantité de pièces complexes à assembler, de sorte que son coût de fabrication est très supérieur à celui d'une tulipe monobloc. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un agencement capable de tolérer un défaut de concentricité supérieur à 3 millimètres pour un coût inférieur à celui d'une tulipe. A cet effet, l'invention a pour objet un appareil électrique haute ou moyenne tension comprenant un contact fixe destiné à recevoir un contact 25 mobile sensiblement cylindrique, ce contact mobile étant guidé en translation par un support fixe selon une direction longitudinale pour être inséré dans le contact fixe ou pour en être retiré, le contact mobile présentant un défaut de concentricité inférieur à 6 millimètres par rapport au contact fixe et/ou par rapport au support fixe, caractérisé en ce que le contact mobile et/ou le 30 contact fixe et/ou le support fixe, comporte une bande de contact à lamelles qui est fixée en étant emboîtée dans une gorge annulaire présentant une section en T, cette bande de contact à lamelles étant comprimée dans la gorge par le contact mobile au moins pendant que le contact mobile est inséré dans le contact fixe. Une telle bande de contact à lamelles est capable d'assurer le passage de courant malgré un défaut de concentricité pouvant atteindre 6 millimètres, tout en ayant un coût très inférieur à celui d'une tulipe. Compte tenu de la vitesse de déplacement du contact mobile et de la fréquence d'utilisation, il s'est avéré qu'une gorge classique ayant une section en queue d'aronde n'est pas satisfaisante pour assurer le maintien de la bande. Selon 5 l'invention, une gorge présentant une section en T permet d'assurer le maintien de la bande dans les conditions d'utilisation imposées à un tel appareil. Avantageusement, les dimensions de cette gorge et celles de la bande de contact mobile vérifient certaines conditions pour assurer un fonctionnement optimal de l'appareil selon l'invention. La bande de contact à lamelles peut remplacer la première tulipe en étant emboîtée dans une gorge réalisée soit en périphérie interne du contact fixe soit en périphérie externe du contact mobile. De manière analogue, une autre bande de contact à lamelles peut remplacer la seconde tulipe en étant emboîtée dans une gorge réalisée soit en périphérie interne du support fixe 15 soit en périphérie externe du contact mobile. L'utilisation selon l'invention de bandes de contact à lamelles peut ainsi être réalisée de différentes façons, de manière à pouvoir s'adapter à différentes conceptions d'appareils électriques. Dans un mode de réalisation préféré, une bande de contact à lamelles 20 remplace la seconde tulipe en étant fixée à la périphérie interne du support fixe, et le contact mobile a une base définissant une surface annulaire de plus grand diamètre que le diamètre nominal du contact mobile, cette surface annulaire étant destinée à entrer en contact électrique avec la bande de contact à lamelles en fin de course du contact mobile. Dans ce mode de 25 réalisation, l'usure de la bande de contacts à lamelles est réduite par le fait qu'elle appuie sur le contact mobile seulement en fin de course du contact mobile. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux 30 dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une vue partielle en coupe d'un sectionneur selon l'invention en position fermée; La figure 2 est une vue partielle en coupe du sectionneur de la figure 1 en 35 position ouverte; La figure 3 est une vue en perspective d'une bande de contact à lamelles utilisée dans le sectionneur selon l'invention; La figure 4 est une représentation en coupe du montage de bande de contact à lamelles selon l'invention lorsque le sectionneur est en position fermée; La figure 5 est une représentation en coupe du montage de bande de contact à lamelles selon l'invention lorsque le sectionneur est en position ouverte; La figure 6 est une vue en coupe d'une variante de montage d'une bande 10 de contact à lamelles; La figure 7 est une vue détaillée du montage de bande de contact à lamelles selon l'invention. L'appareil de l'exemple représenté sur les figures est un sectionneur 15 haute tension, mais l'invention s'applique aussi bien à un disjoncteur. Figure 1 et 2, le sectionneur représenté en coupe comprend un support fixe 1 dans lequel un contact mobile 2 tubulaire est guidé en translation selon une direction longitudinale AX. Lorsque le sectionneur est fermé comme dans la figure 1, le contact mobile a son extrémité insérée dans un contact fixe 3 qui 20 est situé en vis à vis du support fixe 1. Ce contact fixe 3 a une forme de révolution définissant une surface interne au centre de laquelle est montée une buse 4 en matériau électriquement isolant. Dans les sectionneurs connus, le contact fixe est équipé d'une première tulipe qui entoure le contact mobile lors de la fermeture du sectionneur, et le support fixe est 25 équipé d'une seconde tulipe destinée qui assure le passage du courant vers le contact mobile. Selon l'invention, au moins une tulipe est remplacée par une bande de contact à lamelles 5 qui assure le passage de courant électrique tout en tolérant un défaut de concentricité pouvant atteindre 6 millimètres. Chaque 30 bande de contact à lamelles est emboîtée dans une gorge annulaire en T de manière à être maintenue en position malgré les conditions sévères d'utilisation. Dans un sectionneur, la vitesse du contact mobile est de l'ordre de 0,2 à 1 m/s, et l'appareil doit être conçu pour fonctionner normalement avec un nombre important de cycles typiquement supérieur à cinq mille. Le 35 prix d'une bande de contact à lamelles étant très inférieur à celui d'une tulipe, cette configuration permet de réduire significativement le coût de fabrication d'un tel appareil électrique. Une bande de contact à lamelles connue du document de brevet EP1119 077 Ai et pouvant être utilisée est représentée figure 3. Cette bande de 5 contact à lamelles 5 comprend principalement une tôle 5' de largeur D munie de picots latéraux, à laquelle sont fixées une pluralité de lamelles 5" sensiblement triangulaires, et de largeur E. Ces lamelles qui sont des tiges courbées sous forme de triangle sont aptes à pivoter par rapport à la tôle qui les supporte. En position de repos, chaque lamelle 5" est dans un plan 10 perpendiculaire au plan de la tôle 5'. Sous l'effet d'une sollicitation mécanique normale au plan de la tôle, les lamelles pivotent pour s'écarter de leur position de repos en se repliant le long de la tôle, ce qui a pour effet de diminuer l'épaisseur de la bande de contact. En utilisation dans l'appareil électrique selon l'invention, la bande de contact à lamelles est comprimée 15 dans la gorge par le contact mobile 2 au moins pendant qu'il est inséré dans le contact fixe 3, de manière à assurer le passage du courant électrique. Une telle gorge en T peut avantageusement être réalisée par exemple par tournage avec un outil de forme, et elle comprend une ouverture non représentée sous forme d'un perçage ayant un diamètre supérieur à la 20 largeur de la bande, ce perçage étant réalisé selon un axe normal à l'axe AX. Cette ouverture permet d'insérer une bande de contacts dont la longueur vaut le périmètre de la gorge, et de la faire coulisser le long de la gorge pour la mettre en position dans celle-ci. Dans l'exemple des figures 1, 2, 4 et 5, le sectionneur comprend deux 25 bandes de contact à lamelles 5 qui remplacent respectivement la première et la seconde tulipe. Une première bande de contact à lamelles est emboîtée dans une gorge en T réalisée en périphérie interne du contact fixe 3, pour compenser le défaut de concentricité du contact fixe par rapport au contact mobile. Lorsque le contact mobile 2 est inséré dans le contact fixe 3, il 30 comprime la bande de contact à lamelles 5 dans la gorge en T, ce qui permet d'assurer le passage de courant électrique depuis le contact mobile vers le contact fixe. La seconde tulipe est remplacée par une autre bande de contact à lamelles 5 qui est emboîtée dans une gorge en T réalisée à la périphérie 35 interne du support fixe 1. Cette bande de contacts à lamelles compense le défaut de coaxialité du contact mobile par rapport au contact fixe en étant fixée de façon similaire à la première bande de contact 5 au contact fixe 3. Plus particulièrement, le support fixe 1 comprend une surface cylindrique 1' pour guider le contact mobile 2 au niveau de la surface annulaire 2'. Mais ce support fixe comprend un épaulement 1" de plus faible diamètre que la 5 surface cylindrique 1' pour guider le contact mobile 2 au niveau de son diamètre nominal. Cette solution de guidage qui tire parti du contact mobile à deux diamètres est ainsi intégrée au support fixe, ce qui permet de réduire encore le coût de fabrication du sectionneur selon l'invention. Comme visible sur les figures 1, 2, 4 et 5, l'épaulement 1" est équipé d'un joint de guidage 10 1"' emboîté dans une gorge. Ce joint 1"' en polytétrafluoréthylène assure un guidage de précision avec de faibles frottements. Avantageusement, le contact mobile 2 a une base définissant une surface annulaire 2' de plus grand diamètre que le diamètre nominal du contact mobile 2, cette surface annulaire étant destinée à entrer en contact 15 électrique avec la bande de contact à lamelles 5 en fin de course du contact mobile 2. Cette surface annulaire 2' présentant un diamètre D'2 légèrement supérieur au diamètre nominal D2 du contact mobile apparaît de manière plus détaillée sur les figure 4 et 5. Lorsque le contact mobile est rentré dans le support fixe 1, les lamelles de la bande de contact 5 ne frottent pas contre 20 le contact mobile puisque son diamètre est plus faible. Lorsque le sectionneur est fermé, comme dans la figure 3, la surface annulaire arrive au niveau de la bande de contact 5, de sorte qu'elle appuie sur ses lamelles. Ainsi, le frottement du contact mobile sur les lamelles est limité à une zone de fin de course correspondant à la surface annulaire 2', ce qui permet de 25 limiter significativement l'usure et d'améliorer la longévité de cette bande de contact à lamelles 5. Dans les exemples des figures 1, 2, 4 et 5, la bande de contact à lamelles remplaçant la seconde tulipe est emboîtée dans une gorge réalisée à la périphérie interne du support fixe, mais elle peut aussi être fixée à la 30 périphérie externe du contact mobile, comme dans l'exemple de réalisation représenté figure 6. De manière analogue, la bande de contact à lamelles qui remplace la première tulipe peut être fixée en périphérie externe du contact mobile. Avantageusement, chaque gorge en T a des dimensions particulières 35 calculées sur la base des dimensions D et E de la bande de contact de manière à assurer le meilleur maintien. Comme représenté figure 7, la gorge en T a une largeur F, et son ouverture a une largeur G. Selon l'invention, les dimensions de la gorge en T et celles de la bande de contact à lamelles vérifient la condition F - E > G - D, ce qui permet d'assurer que les picots ne viennent en contact avec les deux bords de la gorge en T lors du 5 fonctionnement du sectionneur, sans quoi, il se produit un phénomène d'usure qui génère de la limaille préjudiciable au bon fonctionnement du sectionneur, notamment au passage du courant. D'autre part, on a constaté que les dimensions doivent également vérifier la condition (E - D) / 2 > G D de manière à assurer un maintien de la bande de contact dans la gorge en 10 T, tout en laissant un certain jeu fonctionnel de la bande par rapport à son support qui est selon le cas le contact fixe 3 ou bien le support fixe. REVENDICATIONS l/ Appareil électrique haute ou moyenne tension comprenant un contact fixe (3) destiné à recevoir un contact mobile (2) sensiblement cylindrique, ce 5 contact mobile (2) étant guidé en translation par un support fixe (1) selon une direction longitudinale (AX) pour être inséré dans le contact fixe (3) ou pour en être retiré, le contact mobile (2) présentant un défaut de concentricité inférieur à 6 millimètres par rapport au contact fixe et/ou par rapport au support fixe, caractérisé en ce que le contact mobile (2) et/ou le 10 contact fixe (3) et/ou le support fixe (1), comporte une bande de contact à lamelles (5) qui est fixée en étant emboîtée dans une gorge annulaire présentant une section en T, cette bande de contact à lamelles (5) étant comprimée dans la gorge par le contact mobile (2) au moins pendant que le contact mobile (2) est inséré dans le contact fixe (3). 15 2/ Appareil selon la revendication 1, dans lequel le contact fixe (3) comporte une gorge annulaire en T, une bande de contact à lamelles (5) étant fixée à ce contact fixe (3) pour assurer le passage de courant électrique depuis le contact mobile (2) vers le contact fixe (3). 20 3/ Appareil selon la revendication 1, dans lequel le contact mobile (2) comprend une gorge annulaire en T, une bande de contact à lamelles (5) étant fixée à ce contact mobile (2) pour assurer le passage de courant électrique depuis le contact mobile (2) vers le contact fixe (3). 25 4/ Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le contact mobile (2) comprend une gorge annulaire en T, une bande de contact à lamelles (5) étant fixée à ce contact mobile (2) pour assurer le passage de courant électrique depuis le support fixe (1) vers le contact mobile (2). 30 5/ Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le support fixe (1) comporte une gorge annulaire en T, une bande de contact à lamelles (5) étant fixée à ce support fixe (1) pour assurer le passage de courant électrique depuis le support fixe (1) vers le contact mobile (2). 35 6/ Appareil selon la revendication 5, dans lequel le contact mobile (2) a une base définissant une surface annulaire (2') de plus grand diamètre que le diamètre nominal du contact mobile (2), cette surface annulaire étant 5 destinée à entrer en contact électrique avec la bande de contact à lamelles (5) en fin de course du contact mobile (2). 7/ Appareil selon la revendication 6, dans lequel le support fixe (1) comprend une surface cylindrique (1') pour guider le contact mobile (2) au 10 niveau de la surface annulaire (2'), et un épaulement (1") de plus faible diamètre que la surface cylindrique (1') pour guider le contact mobile (2) au niveau de son diamètre nominal. 8/ Appareil selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel chaque 15 gorge en T dans laquelle est emboîtée une bande de contact à lamelles (5) a des dimensions qui vérifient la condition F - E > G - D, o F désigne la largeur de la gorge en T, G la largeur de l'ouverture supérieure de la gorge en T, E la largeur de la bande de contact à lamelles et D la largeur d'une lamelle de la bande de contact à lamelles. 20 9/ Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel chaque gorge en T dans laquelle est emboîtée une bande de contact à lamelles (5) vérifie la condition (E - D) / 2 > G - D, o F désigne la largeur de la gorge en T, G la largeur de l'ouverture supérieure de la gorge en T, E la largeur de la 25 bande de contact à lamelles et D la largeur de la partie supérieure de la bande de contact à lamelles.