Brevet FR2961355A1 — publié le 20111216

DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un connecteur de raccordement de câbles électriques, et plus particulièrement un connecteur adapté pour être utilisé pour raccorder des câbles à l'intérieur d'une enceinte de confinement d'une installation nucléaire. ETAT DE LA TECHNIQUE Le matériel prévu pour être installé à l'intérieur de l'enceinte de confinement d'une installation nucléaire doit pouvoir résister à des conditions environnementales extrêmes. Pour être admis à l'intérieur d'une enceinte de confinement, le matériel doit subir des tests rigoureux démontrant notamment que ce matériel est capable de résister à un « accident grave » et une période post-accidentelle au cours desquels il serait soumis à des conditions de température et de pression, ainsi que des doses de rayonnements ionisants élevées. II en est ainsi de certains composants des circuits électriques à l'intérieur de l'enceinte, qui doivent rester opérationnels tout au long des tests. Il est connu d'utiliser pour ces circuits électriques des câbles à isolation minérale comprenant des éléments isolants entourant les conducteurs métalliques, ces éléments isolant étant formés en un matériau minéral compacté, généralement de la poudre d'oxyde de magnésie ou d'alumine, et une gaine de protection, par exemple en acier inoxydable. Le matériau minéral compacté présente d'excellentes propriétés d'isolement électrique et de résistance aux rayonnements ionisants. Un inconvénient de ce matériau toutefois, est qu'il très sensible à l'humidité et doit être maintenu au sec de manière à ne pas détériorer ses propriétés d'isolement électrique. Le raccordement des câbles à isolation minérale doit par conséquent garantir une étanchéité avec l'environnement ambiant. Or l'utilisation de connecteurs courants incluant des joints ou des inserts en matériau organique, élastomère ou à base de plomb s'avère inappropriée dans les conditions environnementales envisagées. En effet, les matériaux organiques ou élastomères ne sont pas capables de résister, sur le long terme, aux conditions de température et de doses de rayonnement élevées envisagées dans le cas d'un « accident grave ». Plus généralement, l'utilisation de composants en matériaux organiques électriques à l'intérieur de l'enceinte de confinement s'avère inappropriée. On connait du document US 4,618,198 un connecteur permettant de raccorder de manière étanche une paire de câbles électriques. Le connecteur proposé comprend une partie mâle et une partie femelle adaptée pour être mises l'une avec l'autre pour raccorder les câbles électriques. La partie mâle comprend un corps tubulaire présentant une portion de surface externe inclinée et la partie femelle comprend un corps tubulaire présentant une portion de surface interne inclinée, les portions de surfaces inclinées étant agencées pour venir en contact l'une avec l'autre lorsque les parties mâles et femelles sont mises en prise. Le connecteur comprend également des moyens pour presser fermement les portions de surfaces l'une contre l'autre afin de créer un contact métal-sur-métal étanche entre les parties mâle et femelle. Le connecteur proposé présente l'avantage d'éviter l'utilisation de joint en matériau élastomère. Le connecteur inclut toutefois des inserts en matériau plastique. Le document US 4,618,198 indique en outre que le connecteur proposé peut être facilement connecté et déconnecté. Cependant, les connecteurs utilisés à l'intérieur d'enceinte de confinement doivent également pouvoir être connectés et déconnectés un grand nombre de fois (typiquement 60 fois) au cours de la durée de vie de l'installation nucléaire (typiquement 60 ans), tout en garantissant l'étanchéité de la connexion. Ces connexions et déconnexions sont nécessitées par le remplacement de composants, notamment des capteurs, dont la durée de vis est inférieure à celle de l'installation nucléaire. Or chaque opération de montage/démontage entraine inévitablement une usure des portions de surfaces en contact, notamment par écrouissage dû au pressage des surfaces l'une contre l'autre. Cette usure des surfaces peut affecter l'étanchéité de la connexion. RESUME DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un connecteur adapté pour être utilisé dans des conditions environnementales extrêmes, et capable d'être connecté et déconnecté un grand nombre de fois tout en conservant l'étanchéité de la connexion. Ce problème est résolu dans le cadre de la présente invention grâce à un connecteur de raccordement de câbles électriques, comprenant une première partie de connecteur et une deuxième partie de connecteur adaptée pour être mise en prise avec la première partie de connecteur pour raccorder les câbles électriques, dans lequel la première partie comprend une portion de surface conique et la deuxième partie comprend une portion de surface bombée agencée pour venir en contact avec la portion de surface conique lorsque la première et la deuxième parties de connecteur sont mises en prise l'une avec l'autre, de manière à créer un contact étanche entre la première partie de connecteur et la deuxième partie de connecteur. Du fait de la forme particulière des portions de surface (surface bombée contre surface conique), celles-ci sont en contact l'une avec l'autre sur une zone limitée (i.e. zone s'étendant le long d'une ligne de contact). L'étanchéité du contact est par conséquent peu affectée par l'usure des portions surfaces générée par les opérations de montage/démontage successives. La forme des surfaces en contact autorise en effet un réajustement du positionnement des parties de connecteur l'une par rapport à l'autre à chaque reconnexion. En conséquence, l'étanchéité de la connexion peut être maintenue malgré un grand nombre de montages et de démontages. En outre, l'effort de serrage des portions surfaces entre elles, nécessaire pour maintenir l'étanchéité du contact est modéré. L'étanchéité de la connexion étant maintenue, le connecteur proposé participe au maintien des caractéristiques électriques des circuits à l'intérieur de l'enceinte de confinement. Le connecteur peut en outre présenter les caractéristiques suivantes : - la première partie de connecteur comprend un corps tubulaire présentant une surface interne, la surface interne incluant la portion de surface conique, - la deuxième partie de connecteur comprend un corps tubulaire présentant une surface externe, la surface externe incluant la portion de 15 surface bombée. - comprenant des moyens de serrage pour presser la portion de surface conique et la portion de surface bombée l'une contre l'autre, de manière à maintenir le contact étanche, - les première et deuxième parties de connecteur comprennent un 20 premier et un deuxième corps tubulaires, les moyens de serrage comprenant un écrou monté rotatif sur l'un des corps tubulaires et adapté pour coopérer avec une portion de surface filetée de l'autre des corps tubulaire, - chaque partie de connecteur comprend des broches de connexion 25 adaptées pour être mises en prises avec des broches de connexion correspondante de l'autre partie de connecteur, et un bloc isolant pour maintenir les broches de connexion en position, le bloc isolant étant formé en céramique. L'invention se rapporte également à l'utilisation d'un connecteur tel 30 que défini précédemment, pour le raccordement de câbles électriques à l'intérieur d'une enceinte de confinement d'une installation nucléaire. Les câbles raccordés sont notamment des câbles à isolation minérale. PRESENTATION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la 5 description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique, en coupe partielle, un connecteur à deux contacts électriques conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, 10 - la figure 2 est une vue partielle agrandie d'un détail du connecteur de la figure 1, - la figure 3 représente de manière schématique, en coupe, le connecteur de la figure 1, - la figure 4 représente de manière schématique, en coupe partielle, 15 un connecteur à douze contacts électriques conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION 20 Sur les figures 1 à 3, le connecteur 1 comprend de manière générale une première partie 2 de connecteur (partie mâle) et une deuxième partie 3 de connecteur (partie femelle) prévue pour être mise en prise avec la première partie 2 de connecteur. La première partie 2 de connecteur comprend un corps métallique 25 creux 21 en acier inoxydable, un bloc isolant 22 en céramique reçu dans le corps métallique 21, un tube de liaison 23 entre le corps métallique 21 et le bloc isolant 22, et une paire de broches 24, 25 de connexion portées par le bloc isolant 22. Le corps métallique 21 est de forme générale tubulaire cylindrique 30 et s'étend autour d'un axe longitudinal 4. Le corps métallique 21 présente une première extrémité 211 (douille) destinée à être raccordée à un premier câble électrique et une deuxième extrémité 212 destinée à être mise en prise avec la deuxième partie 3 de connecteur. Le corps métallique 21 comprend une surface externe 213 et une surface interne 214. Le corps métallique 21 comprend, au niveau de la première extrémité 211, une gorge circulaire 215 formée dans la surface externe 213 du corps et permettant de raccorder le corps métallique 21 à une gaine du premier câble électrique par soudage. La surface interne 214 du corps métallique 21 comprend une portion de surface inclinée 216, agencée à proximité de la deuxième extrémité 212 du corps métallique, de sorte que le diamètre interne du corps 21 va en augmentant vers la deuxième extrémité. Plus précisément, la portion de surface 216 présente une forme conique de révolution formant un angle d'environ 12° avec l'axe longitudinal 4 du corps. Le corps métallique 21 comprend sur la surface externe 213, au niveau de la deuxième extrémité 212, une portion filetée 217 adaptée pour coopérer avec une portion taraudée complémentaire de la deuxième partie 3 de connecteur. Le corps 21 comprend également au niveau de la deuxième extrémité 212, une encoche de détrompage 218 agencée pour recevoir un plot de détrompage 318 de la deuxième partie 3 de connecteur. Le bloc isolant 22 présente une forme générale cylindrique adaptée pour être reçue dans le corps 21 et comprend deux orifices longitudinaux 224, 225, chaque orifice étant adapté pour recevoir une broche de connexion respective 24, 25. De cette manière, le bloc isolant 22 assure un maintien en position des broches 24, 25 à l'intérieur du corps 21, à distance l'une de l'autre et à distance du corps. Le bloc isolant 22 est maintenu en place dans le corps 21 par l'intermédiaire du tube de liaison 23. Le tube de liaison 23 s'étend entre le corps 21 et le bloc isolant 22, et est fixé sur le corps 21 par brasure au niveau de la première extrémité 30 211 du corps 21. Chaque broche de connexion 24, 25 comprend une première extrémité 241, 251 destinée à être raccordée par brasure à un élément conducteur respectif du premier câble et une deuxième extrémité 242, 252 destinée à être insérée dans une broche de connexion complémentaires 34, 35 de la deuxième partie 3 de connecteur. La deuxième partie 3 de connecteur comprend un corps métallique creux 31 en acier inoxydable, un bloc isolant 32 en céramique reçu dans le corps métallique 31, un tube de liaison 33 entre le corps métallique 31 et le bloc isolant 32, une paire de broches 34, 35 de connexion portées par le bloc isolant 32, un écrou 36 s'étendant autour du corps métallique 31 et un anneau élastique de retenue 37 (circlips) permettant de retenir l'écrou 36 sur le corps métallique 31. Le corps métallique 31 est de forme générale tubulaire cylindrique et s'étend autour d'un axe longitudinal 5. Le corps métallique 31 présente une première extrémité 311 destinée à être mise en prise avec la première partie 2 de connecteur et une deuxième extrémité 312 destinée à être raccordée à un deuxième câble électrique. Le corps métallique 31 comprend une surface externe 313 et une surface interne 314. Le corps métallique 31 comprend, au niveau de la deuxième extrémité 312, une gorge circulaire 315 formée dans la surface externe 314 du corps métallique 31 et permettant de raccorder le corps métallique 31 à une gaine du deuxième câble par soudage. La surface externe 313 du corps métallique 31 comprend une portion de surface 316 incurvée, agencée à proximité de la première extrémité 311 du corps métallique 31. La portion de surface 316 présente une forme bombée - c'est-à dire arrondie et convexe - de sorte que le diamètre externe du corps 31 va en diminuant vers la première extrémité 311. Le corps métallique 311 comprend également, au niveau de la première extrémité 311, un plot de détrompage 318 agencé pour être reçu dans l'encoche de détrompage 218 correspondante du corps 21 de la première partie 2 de connecteur. Le bloc isolant 32 présente une forme générale cylindrique adaptée pour être reçue dans le corps 31 et comprend deux orifices longitudinaux 324, 325, chaque orifice 324, 325 étant adapté pour recevoir une broche de connexion respective 34, 35. De cette manière, le bloc isolant 32 assure un maintien en position des broches 34, 35 à l'intérieur du corps 31, à distance l'une de l'autre et à distance du corps. Le bloc isolant 32 est maintenu en place dans le corps par l'intermédiaire du tube de liaison 33. Le tube de liaison 33 s'étend entre le corps 31 et le bloc isolant 32 et est fixé sur le corps 31 par brasure au niveau de la deuxième extrémité 312 du corps 31. Chaque broche de connexion 34, 35 comprend une première extrémité 341, 351 destinée à recevoir une broche de connexion complémentaire 24, 25 de la première partie 2 de connecteur et une deuxième extrémité 342, 352 destinée à être raccordée par brasure à un élément conducteur respectif du deuxième câble. Les broches de connexion 34, 35 présentent chacune, au niveau de leur première extrémité 341, 351, une alvéole 41, 51 destinée à loger une extrémité 241, 251 d'une broche de connexion 24, 25 correspondante de la première partie 2 de connecteur pour établir un contact électrique entre les broches de la première partie 2 et de la deuxième partie 2 de connecteur. L'écrou 36 est monté rotatif par rapport au corps 31, autour d'un axe de rotation correspondant à l'axe longitudinal 5 du corps 31. L'écrou 36 est retenu sur le corps 31 d'une part par un épaulement 317 présentant une face d'appui 318 servant de butée à l'écrou 36, et d'autre part par l'anneau élastique de retenue 37 reçu dans une gorge 319 ménagée sur la surface externe 313 du corps 31. L'écrou 36 présente une surface interne 361 comprenant une portion taraudée 367 adaptée pour coopérer avec la portion filetée 217 de la première partie 2 de connecteur afin de permettre un verrouillage des première et deuxième parties 2 et 3 entre elles. Comme cela est représenté sur les figures 1 à 4, la première partie 2 de connecteur est mise en prise avec la deuxième partie 3 de connecteur en rapprochant les parties 2 et 3 l'une de l'autre parallèlement à leurs axes longitudinaux 4 et 5. L'encoche 218 et le plot 318 de détrompage permettent une orientation angulaire relative correcte des première et deuxième parties l'une par rapport à l'autre lors de leur mise en prise. Lorsque la première partie 2 de connecteur est mise en prise avec la deuxième partie 3 de connecteur, les axes longitudinaux 4 et 5 sont alignés. Les broches de connexion 24, 25 de la première partie 2 sont insérées dans les broches de connexion 34, 35 de la deuxième partie 3 jusqu'à ce que la portion de surface 316 vienne en butée contre la portion de surface 216. Les portions de surfaces 216, 316 sont agencées pour venir en contact l'une contre l'autre le long d'une ligne de contact circulaire, créant ainsi un contact étanche entre le corps 21 et le corps 31. Une fois la première partie 2 de connecteur en prise avec la deuxième partie 3 de connecteur, l'écrou 36 peut être vissé sur le corps 31. L'écrou 36 est entrainé en rotation de manière à ce que les filets de la portion de surface taraudée 367 viennent s'engager entre les filets de la portion de surface filetée 217. L'écrou 36 permet un serrage des parties 2 et 3 de connecteur ; il permet de presser la portion de surface conique 216 et la portion de surface bombée 316 l'une contre l'autre, de manière à maintenir le contact étanche entre le corps 21 et le corps 31. Sur la figure 4, le connecteur 1 est identique au connecteur des figures 1 à 3, excepté que chaque partie 2, 3 comprend douze broches de connexion 24A à 24L et 34A à 34L (soit douze contacts électriques) au lieu de deux et que le connecteur 1 présente des dimensions plus important. La forme particulière des portions de surface (surface bombée contre surface conique) autorise un réajustement du positionnement des parties de connecteur l'une par rapport à l'autre à chaque opération de connexion. En outre, l'effort de pressage des surfaces entre elles, nécessaire pour maintenir l'étanchéité du contact est modéré. Il en résulte que le couple de serrage (appliqué à l'écrou) nécessaire pour maintenir l'étanchéité du contact est également modéré, ce qui facilite le montage et le démontage du connecteur. Le tableau ci-dessous donne des exemples de dimensions de connecteur en fonction du nombre de contacts électriques et indique le couple de serrage requis. Bien entendu, le nombre de contacts et les dimensions du connecteur peuvent être modifiés en fonction des applications. Nombre Intensité Gauge 0A OB OB L R H Couple de admissible AWG (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) de contacts à serrage souder 2 5A 20 15 12 12.2 38 9.4 17 2.5 daN/m 3 4A 20 15 12 12.2 38 9.4 17 2.5 daN/m 3.5A 16 20 17 17.2 38 9.4 24 3 daN/m 7 3A 20 20 17 17.2 38 9.4 24 3 daN/m 12 3.5A 16 22 19 19.2 38 9.4 27 4 daN/m 19 2A 16 32 27 27.2 42 11.6 40 4.5 daN/m 27 1A 20 32 27 27.2 42 11.6 40 4.5 daN/m REVENDICATIONS1. Connecteur (1) de raccordement de câbles électriques, comprenant une première partie (2) de connecteur et une deuxième partie (3) de connecteur adaptée pour être mise en prise avec la première partie (2) de connecteur pour raccorder les câbles électriques, dans lequel la première partie (2) comprend une portion de surface conique (216) et la deuxième partie comprend une portion de surface bombée (316) agencée pour venir en contact avec la portion de surface conique (216) lorsque la première et la deuxième parties de connecteur sont mises en prise l'une avec l'autre, de manière à créer un contact étanche entre la première partie de connecteur et la deuxième partie de connecteur. 2. Connecteur selon la revendication 1, dans lequel la première partie (2) de connecteur comprend un corps tubulaire (21) présentant une surface interne (214), la surface interne (214) incluant la portion de surface conique (216). 3. Connecteur selon l'une des revendications qui précèdent, dans lequel la deuxième partie (3) de connecteur comprend un corps tubulaire (31) présentant une surface externe (313), la surface externe incluant la portion de surface bombée (316). 4. Connecteur selon l'une des revendications qui précèdent, comprenant des moyens de serrage (36) pour presser la portion de surface conique (216) et la portion de surface bombée (316) l'une contre l'autre, de manière à maintenir le contact étanche. 5. Connecteur selon la revendication 4, dans lequel les première et deuxième parties (2, 3) de connecteur comprennent un premier et un deuxième corps tubulaires (21, 31), les moyens de serrage (36) comprenant un écrou (36) monté rotatif sur l'un (31) des corps tubulaires et adapté pour coopérer avec une portion de surface filetée (217) de l'autre (21) des corps tubulaire. 6. Connecteur selon l'une des revendications qui précèdent, dans lequel chaque partie (2, 3) de connecteur comprend des broches de connexion (24, 25, 34, 35, 24A-24L, 34A-34L) adaptées pour être mises en prises avec des broches de connexion correspondante de l'autre partie de connecteur, et un bloc isolant (22, 32) pour maintenir les broches de connexion en position, le bloc isolant (22, 32) étant formé en céramique. 7. Utilisation d'un connecteur selon l'une des revendications qui précèdent, pour le raccordement de câbles électriques à l'intérieur d'une enceinte de confinement d'une installation nucléaire. 8. Utilisation selon la revendication 7, dans laquelle les câbles raccordés sont des câbles à isolation minérale.