Isolateur électrique pour haute tension et son procédé de fabrication L'objet de la présente invention est un isolateur pour haute tension et son procédé de fabrication.
Les conducteurs, électriques aériens à haute ten sion sont généralement supportés par des chaînes d'isolateurs de porcelaine ou de verre, supportées par des, pylônes. Lorsque les isolateurs, sont secs, la répartition de la tension le long de chaque chaîne est absolument uniforme, quoiqu'une certaine varia tion puisse être causée par la capacité par rapport à la terre de chaque isolateur individuel. Toutefois., lorsque les surfaces des isolateurs sont humides, et spécialement si elles sont encore malpropres,
une partie des isolateurs présente une résistance de sur face plus. grande que les autres, d'où il résulte que la distribution du potentiel est loin d'être uniforme et qu'une fraction disproportionnée de ce dernier solli- cite l'isolateur le plus mouillé et peut en provoquer la rupture.
Les isolateurs ne se mouillent pas uniquement sous l'effet de la pluie, mais aussi sous l'effet de la rosée qui s'y dépose. Toutefois, et même s'il ne pleut pas et ne se forme pas de rosée, les isolateurs sont souvent humides du fait que la poussière et d'autre matériaux dont ils se recouvrent sont en partie hygroscopiques, en sorte que, même si l'air contient très peu d'humidité, ces matériaux restent humides.
Selon la présente invention, l'isolateur électrique à haute tension comprend une pièce cylindrique de matière isolante comportant une piste conductrice à haute impédance s'étendant le long et autour de cette pièce.
De ce fait, si l'isolateur est utilisé à supporter une ligne aérienne portée par un pylône, l'une des extrémités de cette piste conductrice peut être mise à la terre par l'intermédiaire du pylône, tandis que l'autre extrémité peut être reliée à la ligne, de telle sorte qu'un courant s'établit au travers de cette piste conductrice. Ce courant ne doit bien entendu en aucune manière être comparable au courant traver sant la ligne elle-même, sinon les, pertes,
seraient prohibitives. Le courant qui sera de l'ordre d'une fraction de milliampère pourra atteindre la valeur nécessaire pour dissiper une énergie telle par la sur face de l'isolateur se trouvant dans de l'air immo bile, que la température de ladite surface soit d'en viron 800 plus élevée que la température ambiante. L'expression haute-impédance utilisée ci-dessus et ci-après est à interpréter en conséquence.
Le procédé de fabrication de l'isolateur selon l'invention consiste à prendre une pièce cylindrique de matière électriquement isolante sur laquelle on dispose une piste électriquement conductrice de haute impédance s'étendant le long et autour de cette piste.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et une variante de l'isolateur faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique en élévation de cette forme d'exécution.
.La fig. 2 montre les connexions électriques à l'extrémité de l'isolateur.
Les, fig. 3 et 4 montrent des manières possibles de constituer les extrémités de l'isolateur dans le but de le fixer à un pylône et à un conducteur, et la fig. 5 une partie de la variante.
L'isolateur représenté à la fig. 1 est constitué d'une tige rigide 1, de section circulaire, faite d'une corde ou d'un cordon de fibres de verre enduites d'epoxy ou d'une autre résine. La tige 1 mesure environ 90 cm de longueur pour un isolateur de 132 kV. Des cloches 2 de matière isolante, en forme de coupe renversée, sont réparties le long de la tige, de préférence à 30 cm les unes des autres. L'extré mité supérieure 3 de la tige est destinée à être reliée à un pylône et l'extrémité inférieure 4 à la ligne aérienne conductrice.
Une piste conductrice 5 s'étend le long de la tige 1, ayant la forme d'une hélice ouverte s'enrou lant autour de la surface de la tige. A l'état monté de l'isolateur, l'extrémité supérieure de l'hélice est mise à la terre, c'est-à-dire qu'elle est reliée électri quement au pylône tandis que l'extrémité infé rieure est électriquement reliée à la ligne conduc trice, le tout de telle façon qu'un faible courant s'établit dans la piste entre la ligne et la terre. Il sera question plus bas de l'effet résultant de cette dispo sition.
Une manière de constituer la piste hélicoïdale sur la tige est de gicler un enduit de graphite, éventuel lement mélangé à une résine appropriée lui servant de fixatif, sur toute la surface cylindrique de la tige, puis de mettre à nu une partie hélicoïdale, de ma nière à laisser subsister une bande hélicoïdale sur la tige. Il est aussi possible d'enrouler sur la tige un ruban de protection imperméable, formant une hélice ouverte, que l'on enlève après avoir giclé le vernis, ce qui laisse subsister une couche hélicoïdale de ce dernier. Il est indiqué de protéger le graphite en giclant de la résine ou un autre vernis protecteur sur toute la tige, après que le graphite y aura été déposé.
La fig. 1 illustre aussi une autre forme d'isola teur, dans laquelle la piste conductrice est constituée par un ruban enroulé en hélice sur la tige 1. Le ruban peut être constitué par de la rayonne ou du verre, en forme de mèche ou de fil, et il peut être recouvert ou imprégné d'une suspension colloïdale de graphite ou de charbon dans de l'alcool. Cette suspension pourrait également se trouver dans de l'eau, dans quel cas il est possible d'utiliser le maté riau vendu sous la marque de fabrique déposée Aquadag .
Il est évident que l'alcool ou l'eau sera évaporé avant de mettre l'isolateur en fonction. On pourrait aussi constituer l'hélice de tissu ou d'un ruban de matière plastique chargée de charbon. A nouveau, l'hélice sera protégée par une couche résis tant aux intempéries, par exemple en y giclant une couche de résine ou en la recouvrant d'une couche de caoutchouc à la silicone vulcanisée à froid.
Le verre encollé de résine mentionné plus haut ayant une résistance mécanique très élevée, cela veut dire que la tige 1 peut être d'un diamètre beau coup plus petit s'il est constitué de ce matériau que si elle était faite de porcelaine. La tige peut toute fois aussi bien être faite de porcelaine, de verre ou d'oxyde d'aluminium fritté. Dans certains cas, il peut être indiqué de faire usage d'un tube au lieu d'une tige. Au lieu d'une hélice à pas simple, une hélice double ou à pas multiple peut être employée dans chacune des constructions décrites ci-dessus. Les cloches peuvent être faites de matière isolante ou encore en métal. Si elles sont faites en métal, elles peuvent être forcées sur des anneaux moulés sur l'isolateur.
Au lieu d'utiliser à la suspension de la ligne au pylône un isolateur 5, il est possible d'utiliser une chaîne de tels isolateurs. Dans ce cas les hélices se ront électriquement reliées entre elles en série, de telle manière que le courant les traverse toutes entre la ligne conductrice et le pylône.
La fig. 2 montre la connexion électrique entre le fil conducteur et la piste. La même connexion peut être utilisée aux deux extrémités de l'hélice. Le pas de l'hélice est plus serré à l'extrémité de la tige 1, comme représenté en 6, la partie ainsi enrou lée en spires plus serrées présentant une longueur d'environ 12 mm, mesurée en direction de l'axe de la tige. Une bride métallique 7, embrassant la tige, est enfilée par-dessus l'extrémité de cette dernière, sur laquelle elle est serrée au moyen d'un boulon 8, à l'endroit des spires serrées 6. Le fil conducteur est représenté en 9 et il est soudé en 10 à la bride métallique. Toutes les parties représentées à la fig. 2 sont ensuite recouvertes d'une peinture au caout chouc silicone vulcanisé à froid.
Comme le montre la fig. 3, on peut cimenter à chaque extrémité de la tige 1 un organe métallique 11 en forme de coupe, dont se projette axialement un téton 12, fileté à son extrémité la plus éloignée de la tige 1, dans le but de permettre la liaison mé canique nécessaire entre l'isolateur, d'une part, et la ligne conductrice ainsi que le pylône, d'autre part. Le ciment peut être de l'époxy ou une résine poly ester et est représenté en 13, tandis qu'en 14 se trouve un revêtement extérieur de caoutchouc à la silicone.
L'un des deux tétons peut être introduit dans une ouverture taraudée du pylône, ou dans un organe porteur fixé à ce dernier, et l'autre extré mité peut être vissée dans une bride métallique sup- portant la ligne aérienne conductrice. On peut aussi effectuer une liaison en formant une boucle dans la tige elle-même, à ses deux extrémités, comme repré senté à la fig. 4.
Le courant circulant le long de l'hélice lorsque l'isolateur est en usage, dépend évidemment de la tension de la ligne et de l'impédance de la piste con ductrice. Pour un isolateur d'une longueur prédéter minée, il est possible de donner à l'impédance toute valeur particulière désirée en choisissant d'une ma nière appropriée le pas de l'hélice, de même que la section de la matière conductrice, en sorte qu'il est ici plus simple d'obtenir l'impédance voulue que dans le cas où la piste conductrice est rectiligne. L'impédance de l'hélice peut être choisie telle, que le courant traversant cette dernière dissipe une quantité d'énergie électrique suffisante pour que la surface de l'isolateur soit notablement réchauffée.
La dissipation est de préférence d'une grandeur telle que, l'isolateur se trouvant dans de l'air calme, la température de sa surface soit d'au moins 100 C ou mieux encore de 40 à 80,1 C au-dessus de la tempé rature ambiante.
En conséquence, l'impédance est calculée de telle manière que cette température dans l'air calme soit obtenue lorsque la différence de potentiel à laquelle l'isolateur est soumise est de trois kilovolts par 25 mm de longueur totale. A titre d'explication, re marquons que dans la pratique il est courant que les isolateurs à haute tension soient soumis approxima- tivement à une tension de 3 kilovolts par 25 mm de longueur totale mais, si pour une raison quelcon que, un isolateur doit travailler sous des tensions spécifiques plus élevées., on utilisera ces dernières au calcul de l'impédance du passage conducteur pro pre à atteindre la température désirée.
Les parties de l'isolateur qui ne sont pas protégées par les clo ches sèchent rapidement après la pluie, en raison de cette manière de chauffer l'isolateur, et ce der nier reste pratiquement sec lorsqu'il ne pleut pas, mais que l'air est humide.
L'impédance de la piste conductrice par unité de longueur de la tige peut varier le long de cette dernière. On peut par exemple la faire plus grande à l'extrémité inférieure qu'à l'extrémité supérieure, par exemple en ayant un pas d'enroulement plus serré dans la partie inférieure, en sorte que celle-ci est plus fortement chauffée.
Au lieu de donner à la piste conductrice la forme d'une hélice, on peut aussi la constituer en laby rinthe.
La fig. 5 montre une telle disposition, où l'on voit que, partant du point A, la piste s'étend autour de la tige derrière celle-ci et exécute presque un tour complet d'une hélice à gauche, jusqu'au point B où, faisant demi-tour, elle suit presque sur un tour complet une hélice à droite jusqu'au point C, où se produit un nouveau renversement, et ainsi de suite. Ainsi et en avant de l'isolateur, la portion de surface comprise entre les génératrices D et E est libre de tout conducteur.
Un procédé permettant d'obtenir le labyrinthe représenté consiste à attacher à un support long, mince et déformable, par exem ple de matière plastique renforcée par des fibres de verre, une matière isolante flexible portant une subs tance conductrice, ce support étant ensuite cintré de manière à pouvoir s'adapter autour de la tige et y être cimenté au moyen d'une résine appropriée.
Un autre avantage de l'emploi d'une matière en fibres de verre cimentées pour constituer la tige, consiste dans le fait que la dissipation d'énergie de chaque isolateur est inférieure à ce qui serait le cas avec de la porcelaine, ceci en raison de la surface réduite qui en résulte. A remarquer enfin, que la piste conductrice de haute impédance pourrait être un circuit imprimé.