Brevet FR2965416A1 — publié le 20120330

Connecteur électrique de puissance triphasé L'invention concerne un connecteur électrique de puissance triphasé. On sait que le court-circuit d'une phase au sein du boîtier d'un connecteur de phase triphasé affecte les autres phases, ce qui empêche l'équipement électrique qui est alimenté pour ce connecteur de continuer à fonctionner, même en mode dégradé sur deux phases. Il existe donc un besoin pour un connecteur électrique triphasé dont le fonctionnement est moins altéré par la défaillance de l'une des phases. Il est proposé un connecteur électrique de puissance triphasé, comportant une fiche et une embase, lesquelles comprennent chacune respectivement un boîtier et trois contacts conducteurs électriques logés au moins partiellement à l'intérieur du boîtier et correspondant chacun à une phase électrique du courant électrique transmis par le connecteur, dans lequel chaque contact conducteur électrique est entouré au moins partiellement d'une gaine isolante électriquement. Il en résulte qu'une anomalie sur une phase du connecteur électrique, retentit peu sur les deux autres phases du connecteur et que l'équipement électrique peut fonctionner en mode dégradé sur deux phases, par exemple continuer à tourner pour un moteur électrique, et surtout continuer à fonctionner en attendant le dépannage pour un rétablissement à un fonctionnement normal. L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans les plates-formes pétrolières marines où la réparation d'un connecteur électrique peut nécessiter beaucoup de temps. Les gaines de chaque contact sont agencées de sorte que, lorsque la fiche et l'embase sont connectées, les gaines entourant les contacts d'une même phase forment chacune une chambre fermée isolant électriquement les contacts de cette phase. Ainsi, en position connectée de la fiche et de l'embase, chaque phase est isolée électriquement des autres phases situées à l'intérieur du connecteur, cette isolation étant obtenue par les chambres formées par les gaines. Avantageusement, les gaines sont de configuration tubulaire entourant chacun des contacts conducteurs électriques. La section des gaines est de préférence circulaire et la paroi de chacune des gaines entoure le contact (la partie conductrice électrique) à une distance déterminée, suffisante pour empêcher un arc électrique émis au sein de l'une des phases d'atteindre et perturber les autres phases, par exemple égale à 0,01 à 5 fois le diamètre du contact et de préférence égale à 0,3 à 1 fois le diamètre du contact.. La paroi de chacune des gaines est constituée d'une matière isolante électrique, par exemple une matière plastique diélectrique. L'épaisseur de chaque gaine sera déterminée en fonction de la tension du courant électrique transmis par le connecteur, et sera avantageusement suffisante pour que la paroi ne puisse pas être traversée par un arc électrique.. De plus, l'épaisseur de chaque gaine peut être déterminée en fonction de la distance de la gaine au contact pour que la paroi ne puisse pas être traversée par un arc électrique. Ainsi, en fonction de la tension du courant électrique transmis par le connecteur, on peut combiner l'épaisseur de la gaine et la distance de la gaine au contact pour que la paroi ne puisse pas être traversée par un arc électrique. De cette façon, un arc électrique émis au sein de l'une des chambres de gaine est empêché de traverser la chambre pour atteindre et perturber les autres phases. Avantageusement, chacune des gaines est au moins partiellement revêtue intérieurement et/ ou extérieurement d'une couche de blindage électrique, par exemple une couche de métallisation ou une tresse métallique reliée à une masse électrique, ce qui isole toute anomalie électrique de champ électromagnétique sur l'une des phases susceptible d'affecter les autres phases. Le connecteur peut être utilisé dans des applications sous- marines et dans ce cas au moins un boîtier de la fiche et/ou de l'embase du connecteur contient de l'huile isolante électrique (huile diélectrique), de préférence à un état de surpression relativement à un milieu environnant, marin notamment (de quelques bars), de manière à empêcher toute entrée d'eau dans le connecteur. Ainsi, le fait de mettre le connecteur en surpression par rapport à l'environnement marin permet d'évacuer de l'huile du boîtier vers l'extérieur (en faible quantité) et d'empêcher la tendance de migration du milieu externe vers l'intérieur au risque de polluer l'huile. La gaine d'un contact peut être en plusieurs parties, au moins deux parties qui se chevauchent l'une l'autre. Les contacts de la fiche seront par exemple des éléments de contact femelles, tandis que les contacts de l'embase seront des éléments de contact mâles, ces éléments mâles et femelles étant conçus pour coopérer et assurer le contact électrique. Les éléments de contact femelles sont avantageusement de type à navette ou à piston, étant montés chacun avec une partie cylindrique avant coulissant dans une partie tubulaire de contact complémentaire, la partie cylindrique avant étant poussée dans la partie tubulaire de contact par l'élément de contact mâle correspondant à la manoeuvre de connection du connecteur. Dans ce type de connecteur, la gaine d'un contact mâle ne recouvre pas l'extrémité du contact mâle destinée à venir s'insérer à l'intérieur du contact femelle et la partie d'extrémité de la gaine (côté face de connection) du contact femelle qui assure l'étanchéité avec le milieu extérieur fait suffisamment saillie du contact femelle pour, en position connectée, recouvrir entièrement l'extrémité du contact mâle non couverte par de la gaine. Les gaines des contacts femelles peuvent être en plusieurs parties, au moins deux parties qui se chevauchent l'une l'autre. Avantageusement, le connecteur comprend des moyens d'étanchéité pour protéger le connecteur d'un fluide extérieur, par exemple l'eau de mer. Les moyens d'étanchéité peuvent être constitués par la gaine des câbles conducteurs reliés aux contacts, cette gaine pouvant être revêtue d'une couche de métallisation, laquelle renforce l'étanchéité de la gaine à l'eau de mer, notamment aux hautes pressions sous-marines et protége ainsi le connecteur d'une entrée d'eau entre la gaine isolante et le contact. De plus, la couche de métallisation permet de mieux contrôler le champ électrique émis par le courant en cas de pic de surtension électrique. Les moyens d'étanchéité peuvent également comprendre au moins une partie de gaine formant membrane d'essuyage des contacts d'une même phase (par exemple des contacts mâle et femelle) connectés ensemble, apte à essuyer chacun des contacts aux opérations de connection et déconnection du connecteur, en sorte que toute trace de fluide (eau de mer ou air) soit empêchée d'entrer dans le connecteur (entre la gaine et le contact, et/ou dans le boîtier) au risque d'affecter le champ électrique à ce niveau. Un mode de réalisation de l'invention est à présent décrit en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un connecteur électrique selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue de face de l'arrière de la fiche du connecteur de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe axiale partielle du connecteur de la figure 1 en cours de connection, avant que les éléments de contact mâles ne rencontrent les éléments de contact femelles correspondants de phase, - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 où les éléments de contact mâles engagent et repoussent les éléments de contact femelles correspondant, et - la figure 5 est une vue analogue à la figure 3 où le connecteur est connecté. Sur les figures, des références identiques désignent des éléments identiques ou similaires. Avec référence aux dessins, à la figure 1 en particulier, on a représenté un connecteur électrique de puissance sous marin 1 de type à contacts à navette selon un mode de réalisation de l'invention. Ce connecteur 1 est un connecteur de puissance triphasé de moyenne tension, par exemple pour transmettre un courant de 6 kilo volts à 250 A. Ce connecteur comporte une embase 3 et une fiche complémentaire 5, laquelle est destinée à être accouplée à l'embase 3 au moment de la connection du connecteur. L'embase 3 comporte trois éléments de contact mâles 7 et la fiche 5 comporte trois éléments de contact femelles 9 destinés à recevoir en engagement de contact électrique les éléments de contact mâles 7. Ces éléments de contacts 7, 9 de l'embase et de la fiche sont logés dans un boîtier respectif 11, 13 de l'embase et de la fiche dont l'un des boîtiers 13 au moins contient de l'huile diélectrique 15. Les éléments de contact 7, 9 sont inscrits dans un même cercle transversal à l'axe (d) du boîtier (figure 2), à 120° l'un de l'autre, en correspondance axiale d'un élément de contact mâle 7 à un élément de contact femelle 9. Les trois phases identiques du connecteur sont constituées lorsque les éléments de contact mâle 7 et femelle 9 sont accouplés et transmettent le courant électrique. Les trois éléments de contact mâle 7 montés dans le boîtier 11 d'embase font saillie au-delà de la face de connection 17 dans une partie 19 de guidage de l'embase (ou partie de manchon) adjacente et coaxiale au boîtier 11 de l'embase. Les trois éléments de contact femelle 9 correspondants, logés dans le boîtier 13 de la fiche sont affleurants de la face de connection 35. Ils sont de type à navette ou à piston, étant montés chacun avec une partie cylindrique avant 21 (du côté de la face de connection 35) coulissant dans une partie tubulaire de contact complémentaire 23, cette partie cylindrique avant 21 étant repoussée dans la partie tubulaire de contact 23, à l'intérieur du boîtier 13, par l'élément de contact mâle correspondant 7 à la manoeuvre de connection du connecteur. Les éléments de contact mâle 7 de l'embase 3 comportent chacun une partie conductrice cylindrique interne 25, une tête avant 27 (du côté de la face de connection 17) disposée dans la partie de manchon 19, et une partie conductrice arrière 29 reliée à un câble conducteur (non représenté) du connecteur. La partie cylindrique interne 25 est revêtue d'une gaine isolante électrique 31. Cette gaine 31 ne recouvre pas l'extrémité ou la tête 27 du contact mâle destinée à venir s'insérer à l'intérieur du contact femelle (la partie 23). Les éléments de contact femelle 9 de la fiche 5 comportent chacun une bande de contact ressort 23a dans la partie conductrice tubulaire de contact 23 correspondante. Cette bande contact ressort 23a est destinée à recevoir en contact interne, à la connection, la tête conductrice avant 27 de l'élément de contact mâle 7. Une partie conductrice cylindrique arrière 33 reliée à la bande de contact ressort 23a, et la partie cylindrique avant 21 ferment la face de connection 35 de la fiche 5 en position déconnectée. La partie cylindrique avant 21 est isolante électrique. Elle comprend un corps tubulaire 21a et une partie cylindrique pleine avant 21b dont la face d'extrémité avant 21c est évidée de façon complémentaire de la face avant 27a (en portion de cône) de la tête conductrice avant 27 de l'élément de contact mâle. Une tige 37 pourvue d'un piston 39 à son extrémité arrière est montée coaxialement et solidairement à la partie cylindrique pleine avant 21b. Cette tige 37 s'étend axialement au sein du corps tubulaire 21a de la partie cylindrique isolante avant, faisant saillie du corps tubulaire 21a à son ouverture. Le piston 39 est monté coulissant dans une chambre tubulaire perforée 41 disposée à l'intérieur de la bande de contact ressort 23a, coaxialement à cette dernière. Cette chambre tubulaire 41 est montée solidairement à la bande de contact ressort 23a par son extrémité arrière. Un ressort hélicoïdal 43 est monté autour de la tige 37 de piston et de la chambre tubulaire 41, en appui par une première extrémité 45 sur le fond du corps tubulaire 21a de la partie cylindrique avant et par une deuxième extrémité 47 opposée à la précédente sur un épaulement d'extrémité 49 de la chambre tubulaire 41. Ce ressort 43 est destiné à rappeler vers l'avant le coulissement de la partie cylindrique avant 21 dans la bande de contact ressort 23a. La bande de contact ressort 23a comporte deux joints lécheurs toriques adjacents 51 montés dans la partie d'alésage de la bande de contact ressort 23a. Ces joints lécheurs 51 sont disposés proches de l'extrémité avant de la bande de contact ressort 23a. Ils sont appliqués sur le corps tubulaire 21a de la partie cylindrique avant 21 et font barrière à la migration vers l'extérieur de l'huile diélectrique 15 contenue dans le boîtier et à l'entrée de fluide environnant dans l'huile. Trois joints annulaires adjacents 53 sont montés sur le boîtier 13 à proximité de l'ouverture 55 de la face de connection 35 correspondante de la fiche, coaxialement à cette ouverture 55. Ces joints 53 forment une partie racleur destinée à être appliquée sur la partie cylindrique isolante électrique avant 21 et sur la tête avant 27 de l'élément de contact mâle au cours de la manoeuvre de connection. A l'arrière de cette partie racleur 53 est disposée une gaine formant membrane cylindrique épaisse souple 57, s'étendant jusqu'à l'extrémité de la bande de contact ressort 23a et destinée à s'appliquer en compression sur la partie cylindrique isolante électrique avant 21 et sur la tête avant 27 de l'élément de contact mâle en cours de la manoeuvre de connexion. Cette membrane 57 permet d'essuyer le corps tubulaire 21 et la tête 27 du contact mâle au cours de leur coulissement à la connexion et d'empêcher ainsi toute entrée de fluide (eau de mer) à ce niveau. Cette membrane cylindrique épaisse souple 57 est également isolante électrique. Ces joints 51, 53 et membrane 57 forment des moyens d'étanchéité pour protéger le connecteur d'un fluide extérieur. La bande de contact ressort 23a et la partie conductrice cylindrique arrière 33 sont en outre enveloppées par une gaine isolante électrique 59. Cette gaine 59 découvre l'extrémité de la partie cylindrique conductrice arrière 33, laquelle est reliée à un câble conducteur électrique de la fiche (non représenté). Entre cette gaine 59 et la bande de contact ressort 23a est ménagé un espace de jeu régulier (e) et une ligne de fuite 61 de l'huile diélectrique 15 contenue dans cette bande de contact ressort 23a. L'huile diélectrique 15 à la connection, en raison du coulissement du corps tubulaire 21 dans la bande de contact ressort 23a et de la diminution de volume correspondante de l'espace dans ce corps tubulaire 21 et la bande de contact ressort 23a, est véhiculée au travers de la bande de contact ressort 23a (fendue) et par la ligne de fuite 61 jusqu'à une chambre cylindrique 63 de compensation de volume formée coaxialement dans le boîtier. Cette chambre de compensation 63 comprend un piston 65 monté coulissant et rappelé par ressort 67 dans l'alésage de la chambre 63. Le piston 65 est déplacé dans cette chambre 63 par la pression de l'huile diélectrique 15 véhiculée depuis le corps tubulaire 21 et la bande de contact ressort 23a. L'huile 15 du boîtier de connecteur est en légère surpression (de quelques bars) relativement au milieu environnant extérieur (eau de mer). En outre, la gaine isolante électrique 59 et la gaine 57 de l'élément de contact femelle 9, qui se recouvrent l'une l'autre, isolent électriquement la bande de contact ressort 23a, la partie cylindrique avant 21 et la partie cylindrique conductrice arrière 33. A la connexion (figure 5), les gaines isolantes électriques 31, 57 et 59 de l'élément de contact mâle 7 et de l'élément de contact femelle 9 se chevauchent, ce qui forme pour la phase de courant une chambre continue isolante électrique. De plus, une couche d'argenture 69 (métallisation) recouvre partiellement les gaines isolantes 31, 59, ce qui permet de constituer par exemple une ligne de potentiel de masse (reliée à la masse électrique) pour la reprise des pics de tension à la surface de la chambre et d'assurer la régularisation de cette tension. Le fonctionnement du connecteur 1 est à présent décrit. La fiche 5 est introduite dans l'ouverture évasée 19a de la partie manchon 19 de l'embase, convenablement indexée angulairement par rapport à cette dernière, par exemple par un système clavette 71 et rainure correspondante 73 puis est guidée axialement par glissement dans la partie manchon 19 (figure 3) jusqu'à ce que l'extrémité 27a des têtes avant 27 de chacun des éléments de contact mâle s'applique contre l'extrémité évidée 21c de la partie cylindrique avant 21 de chacun des éléments de contact femelle. Ce faisant, le fluide environnant contenu dans la partie manchon 19 est évacué de celle-ci par des trous ou fentes adéquats 19b prévus dans la paroi de cette partie manchon. La partie cylindrique isolante électrique avant 21 de chacun des éléments de contact femelle 9 est alors translatée vers l'arrière (figure 4) sous la poussée des éléments de contact mâle correspondants 7. La partie racleur formée par les trois joints annulaires 53 vient essuyer la tête 27 de l'élément de contact mâle, tandis que les deux joints lécheurs 51 sont appliqués sur la périphérie du corps tubulaire 21a de la partie cylindrique isolante avant. L'huile diélectrique 15 contenue dans le corps tubulaire et la bande de contact ressort 23a est véhiculée au travers de la bande de contact ressort 23a, par la ligne de fuite 61 et par un chemin 61' (schématisé en trait interrompu) jusqu'à la chambre cylindrique de compensation de volume 63 associée à chacun des éléments de contact femelle 9. En fin de connection, les faces de connection avant 35, 17 de la fiche et de l'embase viennent en contact mutuel et chacune des têtes de contact 27 des éléments de contact mâle s'applique par sa périphérie contre l'alésage de la bande de contact ressort 23a de l'élément de contact femelle (figure 5). La connexion est alors verrouillée en position par un système de verrouillage adéquat du connecteur, par exemple par un module de maintien adjoint (non représenté). La ligne de potentiel 75 du courant de phase transmis par le connecteur est représentée selon un trait fort en périphérie de la partie conductrice électrique des éléments de contact 7, 9 accouplés et de même la ligne de masse 77 en périphérie de la couche isolante électrique 31, 57, 59 de la phase. Naturellement, ces lignes de potentiel 75, 77 s'étendent en continuité dans les câbles conducteurs attenants de la fiche et de l'embase du connecteur. La déconnection de la fiche par rapport à l'embase est obtenue par une manoeuvre inverse à la précédente, les éléments fonctionnant de façon inverse à la connection.15 REVENDICATIONS1. Connecteur électrique de puissance triphasé (1), comportant une fiche (5) et une embase (3), lesquelles comprennent chacune respectivement un boîtier (13, 11) et trois contacts conducteurs électriques (9, 7) logés au moins partiellement à l'intérieur du boîtier (13, 11) et correspondant chacun à une phase électrique du courant électrique transmis par le connecteur (1), dans lequel chacun des trois contacts conducteurs électriques (9, 7) est entouré au moins partiellement d'une gaine isolante électriquement. 2. Connecteur électrique de puissance triphasé (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gaines (57, 59 ; 31) de chaque contact (9, 7) sont agencées de sorte que, lorsque la fiche (5) et l'embase (3) sont connectées, les gaines (57, 59 ; 31) entourant les contacts (9, 7) d'une même phase forment chacune une chambre fermée isolant électriquement les contacts (9, 7) de cette phase. 3. Connecteur électrique de puissance triphasé (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les gaines (57, 59 ; 31) sont de configuration tubulaire entourant chacun des contacts conducteurs électriques (9, 7). 4. Connecteur électrique de puissance triphasé (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section des gaines (57, 59 ; 31) est circulaire. 5. Connecteur électrique de puissance triphasé (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque gaine (57, 59 ; 31) est constituée d'une matière isolante électrique, par exemple une matière plastique diélectrique, dont l'épaisseur est fonction de la tension du courant électrique transmis par le connecteur. 6. Connecteur électrique de puissance triphasé (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque gaine (57, 59 ; 31) est au moins partiellement revêtue intérieurement et/ou extérieurement d'une couche de blindage électrique (69), par exemple une couche de métallisation (69) ou une tresse métallique, reliée à une masse électrique. 7. Connecteur électrique de puissance triphasé (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que au moins un boîtier (13) de la fiche (5) et/ou de l'embase (3) du connecteur contient de l'huile isolante électrique (15). 8. Connecteur électrique de puissance triphasé (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit boîtier (13) contient de l'huile isolante électrique (15) à un état de surpression relativement à un milieu environnant. 9. Connecteur électrique de puissance triphasé (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le connecteur comprend des moyens d'étanchéité pour protéger le connecteur d'un fluide extérieur. 10. Connecteur électrique de puissance triphasé (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gaine d'un contact (9) est en plusieurs parties (59, 57), au moins deux parties (59, 57) qui se chevauchent l'une l'autre. 11. Connecteur électrique de puissance triphasé (1) selon la revendication 10 en dépendance de la 9, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comprennent au moins une partie de gaine (57) formant membrane d'essuyage des contacts (7, 9) aux opérations de connection et déconnection du connecteur, en sorte que toute trace de fluide (eau de mer ou air) soit empêchée d'entrer dans le connecteur, entre le contact et la gaine. 12. Connecteur électrique de puissance triphasé (1) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les contacts sont des éléments de contact femelles et mâles aptes à coopérer entre eux, les éléments de contact femelle (9) étant de type à navette ou à piston, montés chacun avec une partie cylindrique avant (21) coulissant dansune partie tubulaire de contact complémentaire (23), poussée dans la partie tubulaire de contact (23) par l'élément de contact mâle correspondant (7) à la manoeuvre de connection du connecteur.