Brevet FR2982087A1 — publié le 20130503

CONTACT ELECTRIQUE DE TYPE TULIPE A DUREE DE VIE AUGMENTEE, APPAREILLAGE HAUTE OU MOYENNE TENSION COMPRENANT UN TEL CONTACT, TEL QU'UN DISJONCTEUR A GAZ DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un contact électrique de type tulipe, comprenant une couronne de doigts agencés côte à côte selon la génératrice d'un cylindre et réunis par une base commune. Ce type de contact électrique se trouve couramment dans nombre d'appareillages électriques à haute ou moyenne tension, tels que des disjoncteurs à gaz, en particulier le SF6 ou l'air comprimé. Ce type de contact électrique est utilisé aussi bien en tant que contact mobile ou contact fixe dans les appareillages susvisés. L'invention a trait à une augmentation de la durée de vie de ce type de contact électrique. ART ANTÉRIEUR Dans le domaine des appareillages électriques haute ou moyenne tension, on désigne usuellement un contact de type tulipe, un contact comprenant une couronne de doigts agencés côte à côte selon la génératrice d'un cylindre et réunis par une base commune. Chaque doigt comporte une partie allongée formant lame solidaire de la base et une partie d'extrémité recourbée formant plot de contact, dont la distance par rapport à l'axe du cylindre générateur est inférieure à celle de la lame. Un contact de type tulipe est un contact femelle et est destiné à coopérer par coulissement avec un contact mâle de forme cylindrique: ainsi, pour assurer la fermeture des contacts ou autrement dit le passage du courant, le contact mâle vient coulisser dans le contact femelle dont les doigts s'écartent radialement sous l'effet des efforts mécaniques et électrodynamiques. Lors de la conception des contacts de type tulipe, on dimensionne toute la couronne de doigts pour résister aux efforts mécaniques et électrodynamiques susceptibles d'être rencontrés. Or, lors d'essais de fatigue ou autrement dit d'endurance mécanique, les inventeurs ont pu constater que des fissures pouvaient apparaître à la base des doigts des contacts tulipe, ces fissures pouvant aller jusqu'à entrainer la casse desdits doigts. On précise ici que, les essais d'endurance mécanique de la demanderesse consistent à réaliser un cycle de 10 000 manoeuvres de coulissement d'un contact mâle dans un contact de type femelle d'où une sollicitation en fatigue importante. Cette casse des doigts diminue donc la durée de vie des contacts de type tulipe et est rédhibitoire si elle a lieu dans un appareillage en fonctionnement, tel qu'un disjoncteur, car elle peut alors ne pas conduire à l'interruption ou la coupure du courant souhaitée. Le but général de l'invention est de proposer une solution pour augmenter la durée de vie des contacts de type tulipe. Plus particulièrement, le but de l'invention est de proposer une solution pour décharger les contraintes mécaniques susceptibles d'être à la base des doigts d'un contact électrique de type tulipe, afin d'éviter l'apparition de fissures. EXPOSÉ DE L'INVENTION Pour ce faire, l'invention a pour objet un contact électrique de type tulipe, destiné à coopérer par coulissement avec un contact électrique mâle de forme cylindrique, comprenant une couronne de doigts agencés côte à côte selon la génératrice d'un cylindre et réunis par une base commune, chaque doigt comportant une partie allongée formant lame solidaire de la base et une partie d'extrémité recourbée formant plot de contact, dont la distance par rapport à l'axe du cylindre générateur est inférieure à celle de la lame, caractérisée en ce que l'espace délimitant deux lames adjacentes est prolongé par un trou réalisé dans la continuité de la zone de jonction entre lames et base. Grâce aux trous selon l'invention, on diminue les contraintes mécaniques au niveau des zones de jonction entre base et lames et donc le risque d'apparition de fissures. En conséquence, on augmente la durée de vie d'un tel contact tulipe en améliorant considérablement son comportement en fatigue. Cette solution est loin d'avoir été 30 évidente. En effet, selon l'état de l'art, dans la conception des contacts de type tulipe coopérant avec des contacts de type tige dans les appareillages électriques haute ou moyenne tension, des ressorts ont été utilisés afin de limiter les rebonds des contacts susceptibles de se produire. Ces ressorts réduisaient de facto les contraintes sur les contacts. Jusqu'à présent, aucun concepteur de contacts dans ce type d'appareillages n'a pensé à percer des trous et donc à augmenter localement le périmètre du contact tulipe comme proposé par les inventeurs. Autrement dit, les concepteurs avaient plutôt tendance à considérer que réaliser des trous reviendrait à fragiliser un contact de type tulipe. Autrement dit encore, les inventeurs ont surmonté un préjugé technique dans le domaine de la conception des contacts électriques de type tulipe. La solution selon l'invention a l'avantage d'être de mise en oeuvre aisée. De préférence, les trous sont de section circulaire. L'homme de l'art veille bien entendu à ce que les trous ne présentent pas un diamètre trop important afin de conserver une section de lame suffisante au niveau de la zone de jonction entre base et lames. Les trous peuvent avoir un diamètre compris entre 0.5 mm et 10 mm pour une section unitaire de lame comprise entre 0.196 mm2 et 78,5 mm2. De préférence, les trous sont débouchant et donc traversent la base. Selon une caractéristique avantageuse, la couronne est en alliage de cuivre chrome. L'invention concerne également un appareillage électrique haute ou moyenne tension comprenant au moins un contact électrique de type tulipe tel que décrit précédemment. Un poste de moyenne et haute tension sous cuve métallique, peut ainsi comporter, au moins pour une phase, un appareillage avec un contact tulipe selon l'invention. Un poste selon l'invention peut être de 10 type GIS (abréviation en anglais de Gas Insulated Switchgear) ou de type Dead tank. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la 15 description détaillée de l'invention, faite à titre illustratif et non limitatif, en références aux figures suivantes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective longitudinale d'un contact électrique de type tulipe 20 selon l'état de l'art ; - la figure lA est une vue en coupe longitudinale partielle du contact selon la figure 1 ; - la figure 2 est une vue en perspective longitudinale d'un contact électrique de type tulipe 25 selon l'invention ; - la figure 2A est une vue en coupe longitudinale partielle du contact selon la figure 2 ; - la figure 2B est une vue en perspective partielle du contact tulipe selon la figure 2 ; - la figure 3 illustre des essais de fatigue d'un contact tulipe selon l'état de l'art ; - la figure 4 illustre des essais de fatigue d'un contact tulipe selon l'invention ; - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un contact mâle dans un contact tulipe conforme à l'invention en position l'un dans l'autre, c'est-à-dire en position du passage de courant électrique sous haute tension. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS En figure 1, est représenté un contact de type tulipe 1 selon l'état de l'art, utilisé par exemple en tant que contact fixe d'un disjoncteur de poste haute tension sous cuve métallique (GIS), à isolation gazeuse SF6. Ce contact 1 en alliage de cuivre-chrome comprend une couronne 10 de doigts 3 agencés côte à côte selon la génératrice d'un cylindre et réunis par une base commune 2. Chaque doigt comportant une partie allongée formant lame 30 solidaire de la base et une partie d'extrémité recourbée formant plot de contact 31, dont la distance par rapport à l'axe XX' du cylindre générateur est inférieure à celle de la lame 30. Comme usuellement, avant mise en service d'un disjoncteur, les inventeurs ont réalisé des essais d'endurance mécanique de ce type de contact tulipe. Ces essais mécaniques consistent à réaliser des cycles de déplacement par coulissement d'un contact 30 mâle 1' dans un contact tulipe 1 de dimensions complémentaires prévus pour le passage d'un courant permanent, d'une position dite brochée à une position dite non brochée, c'est-à-dire respectivement une position emmanchée ou non. Une telle position brochée est montrée en figure 5 dans laquelle on voit clairement que les doigts 3 sont écartés radialement de leur position non brochée par rapport à l'axe XX' sous l'action de la tige de contact 1'. Dans cette position brochée, les plots de contact 31 sont en contact mécanique direct avec la périphérie de la tige de contact 1'. On a représenté en figure 3, les courbes des efforts de réaction de chacune de paire de doigts en regard d'un nombre de dix doigts 3 d'un contact tulipe selon l'état de l'art, en fonction du nombre de cycles de brochage. Les inventeurs ont pu constater que des fissures apparaissaient au bout d'un certain nombre de cycles. Ces fissures peuvent aller jusqu'à entraîner la casse d'un doigt, en l'occurrence un des doigts de la paire 5-10 sur la figure 3 au bout de 6000 cycles. Pour éviter toute casse de doigts d'un contact tulipe 1 selon l'état de l'art, les inventeurs ont pensé à réaliser des trous 4 comme montré en figures 2 et 2A. Ainsi, dans un contact 1 selon 25 l'invention, représenté en figures 2 et 2A, chaque espace 300 délimitant deux lames 30 adjacentes est prolongé par un trou 4 réalisé dans la continuité de la zone de jonction entre lames 30 et base 2. Les inventeurs ont réalisé une étude 30 comparative entre contact tulipe selon l'état de l'art sans trou, avec des trous selon l'invention de 2mm de diamètre et enfin avec des trous de 4mm de diamètre, étant précisé que : - toutes les dimensions des contacts selon l'état de l'art et selon l'invention sont les mêmes ; - les trous sont implantés tous dans la continuité de la zone de jonction entre lames 30 et base et centrés sur l'espace ou la fente 300. Ils ont alors calculé à l'aide du logiciel ANSYS® d'une part le niveau de concentration de contraintes a la base du doigt, c'est-à-dire au niveau de la référence 4 en figures 2A et 2B et d'autre part le niveau d'effort de réaction au bout d'un doigt 3, c'est-à-dire au niveau du plot de contact 31. Les résultats comparatifs sont montrés dans le tableau suivant : Contrainte Effort de réaction (Mpa) (N) CONTACT TULIPE 1 614 158 SELON ETAT DE L'ART (SANS TROU) CONTACT TULIPE 1 571 150 SELON INVENTION AVEC TROUS DE 0 = 2mm CONTACT TULIPE 1 532 116 SELON INVENTION AVEC TROUS DE 0 = 4mm On peut constater que les niveaux de contraintes à la base des lames 30 et les niveaux d'effort de réaction des doigts 3 sont réduits du fait de la présence de trous et que cette réduction est d'autant plus élevée que le diamètre des trous est élevé. Pour corroborer leur hypothèse de suppression de fissures et de casse de doigts, grâce aux trous 4 selon l'invention, les inventeurs ont procédé à des essais de fatigue d'un contact tulipe 1 avec des trous 4 de diamètre de 2 mm, avec le même nombre de doigts 3 et dans les mêmes conditions que celles du contact tulipe selon l'état de l'art, i-e sans trous soumis aux essais de fatigue précédents. Les résultats de ces essais jusqu'à un nombre de 10000 cycles sont représentés en figure 4 : même si les efforts de réaction des doigts baissent avec l'augmentation du nombre de cycles comme 15 usuellement, on peut constater ici qu'il n'y a aucune casse de doigts 3. REVENDICATIONS1. Contact électrique de type tulipe (1), destiné à coopérer par coulissement avec un contact 5 électrique mâle (1') de forme cylindrique, comprenant une couronne (10) de doigts (3) agencés côte à côte selon la génératrice d'un cylindre et réunis par une base commune (2), chaque doigt comportant une partie allongée formant lame (30) solidaire de la base et une 10 partie d'extrémité recourbée formant plot de contact (31), dont la distance par rapport à l'axe du cylindre générateur est inférieure à celle de la lame, caractérisée en ce que l'espace (300) délimitant deux lames (30) adjacentes est prolongé par un trou (4) 15 réalisé dans la continuité de la zone de jonction entre lames (30) et base (2). 2. Contact électrique selon la revendication 1, dans lequel les trous sont de section 20 circulaire. 3. Contact électrique selon la revendication 2, dans lequel les trous ont un diamètre compris entre 0.5mm et 10mm pour une section unitaire 25 de lame comprise entre 0,196 mm2 et 78,5 mm2. 4. Contact électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les trous traversent la base. 30 5. Contact électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque trou (4) est centré sur l'espace (300). 6. Contact électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couronne est en alliage de cuivre chrome. 7. Appareillage électrique haute ou 10 moyenne tension comprenant au moins un contact électrique de type tulipe selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Poste de moyenne et haute tension sous 15 cuve métallique (GIS ou dead tank), comportant, au moins pour une phase, un appareillage selon la revendication 7.