Brevet FR3138234A1 — publié le 20240126

Un isolateur de type capot / tige pour ligne électrique aérienne comprend un élément diélectrique ayant une surface extérieure en forme de jupe et qui est prolongé par un capot métallique (4) d’un côté et une tige métallique de l’autre côté. Il comprend en outre un dispositif de détection de charge mécanique comprenant au moins une jauge de déformation (C) fixée au capot métallique (4) de l’isolateur de manière à être utilisée pour détecter des contraintes mécaniques représentatives d’une charge mécanique exercée au niveau de la ligne électrique. Figure à publier : Fig. 4 Isolateur pour lignes électriques aériennes avec un dispositif de détection de charge mécanique Le domaine de l’invention est celui des isolateurs pour lignes électriques à moyenne, haute et très haute tension. L'invention concerne en particulier un isolateur électrique de type capot / tige comprenant un élément diélectrique ayant une surface extérieure en forme de jupe et qui est prolongé par un capot métallique d’un côté et une tige métallique de l’autre. Il peut s'agir d'un isolateur avec des éléments diélectriques par exemple en verre trempé, en porcelaine ou en céramique de type capot et tige (capot / tige) qui s'assemblent en chaîne. Il peut s'agir encore d'un isolateur rigide à fût avec des éléments diélectriques en porcelaine ou en céramique. Ces isolateurs peuvent être montés en suspension ou en ancrage sur un pylône pour soutenir en l'air une ligne électrique à moyenne, haute ou très haute tension. De manière connue, les isolateurs électriques de suspension, plus particulièrement les isolateurs dits à capot / tige tel que l’isolateur 1 illustré sur les figures 1A et 1B, peuvent comprendre une jupe 2 isolante en un matériau diélectrique, un capot métallique 4 avec un sommet et une base, le capot métallique 4 ayant une partie supérieure 4’ présentant un évidement (T) et une partie inférieure 4’’ présentant une cavité ouverte vers la base du capot métallique 4. L’évidement (T) présente une ouverture latérale s’étendant jusqu’au sommet du capot métallique (4). Une partie supérieure 3 de la jupe 2 est logée dans la cavité du capot métallique 4. La partie supérieure 3 de la jupe 2 est raccordée au capot métallique 4 par un élément de scellement 5 (ciment ou mortier). Une première extrémité d’une tige métallique 6 est raccordée par ce même élément de scellement 5 dans une cavité 7 de la jupe à l’intérieur de la partie supérieure 3 de la jupe 2. De manière connue, de tels isolateurs électriques de suspension sont destinés à être assemblés les uns aux autres en série en emboitant une deuxième extrémité libre de la tige métallique 6 d’un isolateur électrique dans l’évidement (T) de la partie supérieure 4’ du capot métallique 4 d’un isolateur électrique adjacent pour constituer une chaîne isolante d’isolateurs. Ainsi cette chaîne d’isolateurs est apte à maintenir dans l’air en traction horizontale (ancrage) ou verticale (suspension) des câbles électriques à suspendre à un pylône (P) pour les lignes électriques (E) aériennes à moyenne, haute et très haute tension comme illustré sur les figures 2A et 2B. Il est connu que les isolateurs pour lignes électriques aériennes peuvent être soumis à des conditions climatiques et mécaniques très sévères. Par exemple, il est connu que ces isolateurs peuvent être soumis à des contraintes mécaniques indésirables représentatives d’une charge mécanique excessive exercées par l’apparition d’une masse lors par exemple de la formation de glace au niveau des conducteurs de la ligne électrique ou des isolateurs capot/tige constituant les chaînes d’isolateurs ou suite à l’accumulation de neige au niveau des conducteurs de la ligne électrique. Lorsqu’une telle masse devient trop importante, un risque de rupture du pylône ou de n’importe quel autre élément de la ligne (conducteur, accessoire métallique…)existe, créant un endommagement permanent de la ligne entrainant alors une interruption de l’alimentation électrique. Dans le cadre de la surveillance du réseau électrique il est déjà connu d’intégrer un dispositif de détection, tel qu’un dispositif de détection des courants de fuite superficiels sur des isolateurs de chaîne en verre ou en porcelaine du type capot / tige pour détecter et mesurer les courants de fuite superficiels sur ce type d'installation comme cela est décrit dans le document EP 2884292 ou le document EP3312622. Les exploitants de lignes électriques souhaiteraient pouvoir effectuer d’autres mesures directement sur un isolateur de sorte à améliorer la surveillance des lignes électriques et de pouvoir intervenir même avant que ne se produise une éventuelle interruption de l’alimentation électrique liée à une défaillance sur les lignes électriques. Il est aussi souhaité de pouvoir détecter les surcharges mécaniques avant la déformation irréversible des pièces mécaniques. Dans le cadre de la surveillance des installations de lignes électriques aériennes dans les régions froides et humides, mais pas uniquement, les fabricants d’isolateurs et plus largement les fabricants d’équipements mais aussi les exploitants cherchent donc à développer des nouveaux procédés de surveillance. Le but de l’invention est donc de proposer un isolateur pour lignes électriques aériennes équipé d’un dispositif de détection de charge mécanique afin de permettre de surveiller à distance des installations de lignes électriques aériennes. A cet effet, l’invention a pour objet un isolateur de type capot / tige pour lignes électriques aériennes comprenant un élément diélectrique ayant une surface extérieure en forme de jupe et qui est prolongé par un capot métallique d’un premier côté de l’élément diélectrique et une tige métallique d’un deuxième côté de l’élément diélectrique, opposé au premier côté, et un dispositif de détection de charge mécanique comprenant au moins une jauge de déformation fixée au capot métallique de l’isolateur de manière à être utilisée pour détecter des contraintes mécaniques représentatives d’une charge mécanique exercée au niveau de la ligne électrique. L’isolateur selon l’invention peut présenter les particularités suivantes : - le capot métallique peut comprendre une partie supérieure présentant un évidement destiné à accueillir une tige métallique ou une armature métallique d’accrochage, et la au moins une jauge de déformation peut être fixée sur la surface extérieure de la partie supérieure du capot métallique ; - la au moins une jauge de déformation peut être collée sur la surface extérieure de la partie supérieure du capot métallique ; - le dispositif de détection de charge peut comprendre en outre un dispositif de transmission de données apte à enregistrer en mémoire informatique des valeurs représentatives de charges mécaniques mesurées par au moins un capteur mécanique constitué de la au moins une jauge de déformation et associée à un conditionneur électronique, et à transmettre des données à une station distante de l’isolateur ; - le dispositif de détection de charge peut comprendre un élément de protection de la au moins une jauge de déformation ; - le dispositif de détection de charge peut comprendre plusieurs jauges de déformation fixées au capot métallique de l’isolateur et préférentiellement au niveau de la surface extérieure de la partie supérieure du capot métallique ; - l’élément diélectrique peut être en verre, en porcelaine ou en céramique. L’idée à la base de l’invention consiste donc à placer sur un isolateur au moins une jauge de déformation au niveau de la partie supérieure du capot métallique qui présente un évidement formant un logement pour une tige métallique (ou une armature métallique d’accrochage). C’est au niveau de cette partie supérieure du capot métallique où s’emboite la tige métallique d’un isolateur adjacent dans l’isolateur que le maximum de (micro)déformations mécaniques peut se produire, les déformations étant liées à des contraintes mécaniques représentatives d’une charge mécanique exercée au niveau de la ligne électrique aérienne. Des résultats de mesures de déformations mécaniques par le dispositif de détection de charge mécanique peuvent être envoyés par tout type de mode de communication à une station de surveillance des lignes électriques d’un réseau électrique. En cas de mesure de déformations mécaniques dépassant un seuil prédéfini sur une ligne électrique aérienne, des informations comprenant un signal d’alerte de surveillance peuvent être envoyées pour avertir un exploitant de la possible surcharge de la ligne électrique en question et du risque de défaillance si aucune disposition n’est prise par l’exploitant. Le dispositif de détection de charge mécanique de l’isolateur selon l’invention peut être agencé pour gérer son comportement de façon évènementielle, c’est-à-dire en tenant compte de l’évolution de la mesure des déformations mécaniques exercées au niveau de la ligne électrique et/ou en fonction des conditions extérieures. L’isolateur selon l’invention est généralement le premier isolateur (côté pylône) d'une chaîne d’isolateurs, celui le plus proche du pylône et qui sert d’ancrage à la chaîne d’isolateurs au pylône. Description sommaire des dessins La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels : - la est une illustration schématique d'un isolateur selon l’invention du type capot/tige et la montre une vue en coupe axiale de l’isolateur de la ; - la est une illustration schématique d’une chaîne d’isolateurs de suspension avec des éléments diélectriques assemblés en série et la est une illustration schématique d’une chaîne d’isolateurs du type de la installée sur un pylône et qui soutient en l’air une ligne électrique aérienne moyenne, haute ou très haute tension au pylône ; - les figures 3A, 3B, 3C, 3D et 3E sont des illustrations schématiques d’un isolateur selon l’invention à équiper d’une ou plusieurs jauges de déformation au capot métallique de l'isolateur ; – la est une illustration schématique d’un isolateur selon l’invention équipé de plusieurs jauges de déformation ; - les figures 5A et 5B sont des illustrations d’un isolateur selon l’invention utilisant un système d’accrochage chape-tenon. Les figures 1A, 1B, 2A et 2B ont préalablement été discutées. Un isolateur 1 de type capot / tige pour lignes électriques aériennes comprend un élément diélectrique d'extrémité en verre, en porcelaine ou en céramique, ayant une surface extérieure en forme de jupe 2 et qui est prolongé par un capot métallique 4 en fonte galvanisée d’un premier côté de l’isolateur 1 et d’une tige métallique 6 d’un deuxième côté de l'isolateur 1 opposé au premier côté. Comme déjà vu, de tels isolateurs électriques de suspension sont assemblés les uns aux autres en série en emboitant l’extrémité libre de la tige métallique 6 d’un isolateur électrique (ou une armature métallique d’accrochage) dans l’évidement T de la partie supérieure 4’ cylindrique du capot métallique 4 d’un isolateur électrique adjacent. Un isolateur 1 avec sa jupe 2, son capot métallique 4 et sa tige métallique 6, est illustré selon plusieurs vues sur les figures 3A à 3E. Comme visible sur la , l’évidement T est sous forme d’une ouverture latérale de la partie supérieure 4’ du capot métallique 4 et présente ici une forme complémentaire à l’extrémité libre de la tige métallique 6 (ou une forme complémentaire d’une armature métallique d’accrochage). Cet évidement T présente sur le sommet de la partie supérieure 4’ du capot métallique 4 une collerette de retenue en traction de la tige métallique 6 ou de l’armature métallique d’accrochage. Généralement, pour maintenir la tige métallique 6 dans l’évidement T ou l’armature métallique d’accrochage, une goupille est introduite dans un trou de goupille T’ agencé à travers la partie supérieure 4’ du capot métallique 4 et débouchant dans l’évidement T. Un trou de goupille T’ est agencé sur la circonférence de la partie supérieure 4’ du capot métallique 4 et débouche dans l’évidement T pour le passage d’une goupille de blocage de la tige métallique 6 dans la partie supérieure 4’. Ce trou de goupille T’ est visible sur les figures 3A et 3B. Ici le trou de goupille T’ est disposé de manière opposée à l’ouverture latérale. Pour détecter des contraintes mécaniques représentatives d’une charge mécanique exercée au niveau de la ligne électrique, l’isolateur selon l’invention comprend un dispositif de détection de charge mécanique. Ce dispositif comprend une ou plusieurs jauges de déformation C (parfois appelées aussi jauges de contrainte) fixées sur le capot métallique 4 de l’isolateur 1. De préférence, la ou les jauges de déformation sont fixées sur la surface extérieure de la circonférence de la partie supérieure 4’ du capot métallique 4, au niveau des zones illustrées par des cadres en pointillés autour de l’évidement sur les figures 3A à 3D mais peuvent aussi être fixés sur la surface extérieure du sommet de la partie supérieure 4’ du capot métallique 4 au niveau des zones illustrées par des cadres en pointillés comme cela est illustré sur la . De préférence, la ou les jauges de déformation sont collées sur la partie supérieure 4’ du capot métallique 4, sur des zones où la surface galvanisée du capot métallique 4 a été rendue lisse soit par un ponçage de la surface galvanisée soit par le rajout d’une couche (du type colle ou résine) sur la surface galvanisée. Tout autre moyen connu de fixation de la jauge ou des jauges de déformation peut être envisagé. La illustre par un exemple où trois jauges de déformations sont fixées sur la partie supérieure 4’ du capot métallique 4, une jauge de déformation étant fixée sur la surface extérieure de son sommet et deux jauges de déformation étant fixées sur la surface extérieure de sa circonférence. Le dispositif de détection de charge comprend en outre un dispositif de transmission de données Tr représenté en . Ce dispositif de transmission de données est apte à enregistrer en mémoire informatique des valeurs représentatives de charges mécaniques mesurées par un ou plusieurs capteurs de contrainte (non représenté) (chaque capteur de contrainte étant constitué de une ou plusieurs jauges de déformation associées à un conditionneur électronique Cond) et à transmettre les données à une station distante (non représentée) de l’isolateur. Le niveau de charge mécanique peut être mesuré en continu ou de manière discrète par l’isolateur équipé de son ou ses capteurs et les mesures peuvent être envoyées régulièrement par la station distante par tout type de mode de communication à une station de surveillance des lignes électriques d’un réseau électrique. Le niveau de charge mécanique peut aussi être mesuré en continu ou de manière discrète par l’isolateur équipé de son ou ses capteurs et seulement en cas de dépassement d’un seuil prédéterminé représentatif d’une déformation mécanique anormale au niveau du capot métallique 4 représentative d’une charge mécanique au niveau de la ligne aérienne, un signal d’alerte de surveillance peut être envoyé par la station distante par tout type de mode de communication à une station de surveillance des lignes électriques d’un réseau électrique pour avertir un exploitant de la ligne électrique en question. L’exploitant pourra ainsi prendre les dispositions nécessaires en fonction du niveau de l’alerte reçu. Il est avantageux de protéger le ou les jauges de déformation des intempéries afin de limiter leur disfonctionnement. Ainsi, le dispositif de détection de charge comprend un élément de protection (non représenté) de la ou des jauges de déformation, et cet élément de protection pourrait être par exemple un manchon en matériau souple élastique et isolant électriquement, par exemple en silicone , le manchon s’emboitant sur le capot métallique 4 de l’isolateur 1. L’élément de protection pourrait tout aussi bien être par exemple le dépôt d’un revêtement déposé localement sur la ou les jauges de déformation, comme un revêtement de type résine ou silicone. De préférence, l’isolateur 1 selon l’invention est le premier isolateur d'une chaîne d’isolateurs, celui le plus proche du pylône (P) et qui sert d’ancrage à la chaîne d’isolateurs au pylône. Le capot métallique 4 peut être prolongé ici axialement par une armature métallique d’accrochage de l'isolateur 1 venant se fixer au pylône P, cette armature métallique d’accrochage ayant une extrémité libre semblable à l’extrémité libre d’une tige métallique 6 d’isolateur. Cette invention s’applique également aux isolateurs ayant des accrochages autres que ceux détaillés dans ce texte. Par exemple il s’applique aussi aux isolateurs dont les armatures métalliques se connectent entre elles par un système chape-tenon comme illustré par la , avec un isolateur 50 comprenant une chape 52 terminant un capot métallique 4 recouvrant en partie une jupe 2 d’élément diélectrique, un tenon 54 terminant la tige 6, et un axe de fixation 56. Dans ce cas les jauges seraient collées à la base de la chape et/ou sur la chape elle-même, par exemple au niveaux des zones indiquée par Z dans la . Les figures 5A et 5B comprennent une vue perpendiculaire A et une vue perpendiculaire B du tenon 54 et de la chape 52, respectivement. Il va de soi que la présente invention ne saurait être limitée au mode de réalisation exposé plus haut, susceptible de subir des modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Isolateur (1, 50) de type capot / tige pour lignes électriques aériennes comprenant un élément diélectrique ayant une surface extérieure en forme de jupe (2) et qui est prolongé par un capot métallique (4) d’un premier côté de l’isolateur (1) et une tige métallique (6) d’un deuxième côté de l’isolateur (1) opposé au premier côté, et un dispositif de détection de charge mécanique comprenant au moins une jauge de déformation (C) fixée audit capot métallique (4) dudit isolateur (1) de manière à être utilisée pour détecter des contraintes mécaniques représentatives d’une charge mécanique exercée au niveau de ladite ligne électrique. Isolateur (1, 50) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit capot métallique (4) comprend une partie supérieure (4’) cylindrique présentant un évidement (T) destiné à accueillir une tige métallique (6) ou une armature métallique d’accrochage et ladite au moins une jauge de déformation (C) est fixée sur la surface extérieure de ladite partie supérieure (4’) dudit capot métallique (4). Isolateur (1, 50) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite au moins une jauge de déformation (C) est collée sur ladite surface extérieure de ladite partie supérieure (4’) dudit capot métallique (4). Isolateur (1, 50) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit dispositif de détection de charge comprend en outre un dispositif de transmission de données (Tr) apte à enregistrer en mémoire informatique des valeurs représentatives de charges mécaniques mesurées par au moins un capteur mécanique constitué de ladite au moins une jauge de déformation associée à un conditionneur électronique (Cond) et à transmettre des données à une station distante de l’isolateur (1). Isolateur (1, 50) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif de détection de charge comprend un élément de protection de ladite au moins une jauge de déformation (C). Isolateur (1, 50) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif de détection de charge comprend plusieurs jauges de déformation (C) fixées audit capot métallique (4) dudit isolateur (1). Isolateur (1, 50) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément diélectrique est en verre, en porcelaine ou en céramique.