EP1733409B1 - Appareil electrique a gaz isolant sous pression comprenant un isolateur composite muni d'une fenetre d'observation des contacts - Google Patents

Appareil electrique a gaz isolant sous pression comprenant un isolateur composite muni d'une fenetre d'observation des contacts Download PDF

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EP1733409B1
EP1733409B1 EP05748638A EP05748638A EP1733409B1 EP 1733409 B1 EP1733409 B1 EP 1733409B1 EP 05748638 A EP05748638 A EP 05748638A EP 05748638 A EP05748638 A EP 05748638A EP 1733409 B1 EP1733409 B1 EP 1733409B1
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EP
European Patent Office
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elastomer
translucent
rigid tube
tube
window
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP05748638A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1733409A2 (fr
Inventor
Christian Lindner
Jean-Luc Bessede
Yannick Kieffel
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Grid Solutions SAS
Original Assignee
Areva T&D SAS
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Publication date
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Publication of EP1733409B1 publication Critical patent/EP1733409B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/02—Bases, casings, or covers
    • H01H2009/0292—Transparent window or opening, e.g. for allowing visual inspection of contact position or contact condition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H2011/0081—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches using double shot moulding, e.g. for forming elastomeric sealing elements on form stable casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66207—Specific housing details, e.g. sealing, soldering or brazing
    • H01H2033/6623—Details relating to the encasing or the outside layers of the vacuum switch housings

Definitions

  • the present invention relates to a high-voltage or medium-voltage electrical switchgear, sealed, with a pressurized insulating gas, comprising in a housing, interrupting contacts capable of occupying an open position and a closed position, and a system for marking the open or closed position of the interruption contacts from outside the housing.
  • Patent document is already known DE 195 19 721 , a circuit breaker of the type indicated above in which the housing is constituted by a metal casing filled with a dielectric insulating gas such as SF 6 at a pressure of a few bars and the system for locating the position of the contacts of interruption is constituted by an optical barrier disposed inside the housing between the fixed contact and the movable contact and by optical fibers which return to the outside of the housing an optical signal indicative of the position of the interruption contacts.
  • a circuit breaker of the type indicated above in which the housing is constituted by a metal casing filled with a dielectric insulating gas such as SF 6 at a pressure of a few bars and the system for locating the position of the contacts of interruption is constituted by an optical barrier disposed inside the housing between the fixed contact and the movable contact and by optical fibers which return to the outside of the housing an optical signal indicative of the position of the interruption contacts.
  • Patent is already known US 4,249,050 , a vacuum interrupter or “vacuum interrupter” comprising a viewing window for directly seeing the position of the contacts, according to the preamble of claim 1.
  • Patent is already known GB 1 253 604 , the use of a polymer window thermoplastic for visualization.
  • This document describes the production of a transparent window made of thermoplastic material in an opening of an envelope for electrical equipment. The window is inserted into the aperture by a method of molding the plastics by injection, the edge of the aperture and the edge of the window being anchored to one another.
  • the object of the invention is to provide an electrical switchgear high or medium voltage insulating gas under pressure, for external application which is a simpler design and increased reliability by allowing to have a direct vision the position of the interrupt contacts. For this application, a rigorous selection of materials must be made to take into account the combined constraints applied on the equipment.
  • the invention relates to an apparatus under pressure, with an internal pressure greater than atmospheric pressure, generating an outward compressive force.
  • the object of the invention is to insert a viewing window for an electrical switchgear.
  • the material must withstand the internal aggressions due to the decomposition products of the insulating gas and the external aggressions due to the environment, that is to say the combination of rain, ultraviolet radiation, salt spray, physical and chemical aging .
  • the materials must meet the electrical criteria required for these applications in the field of medium and high voltage, namely a good one. resistance to electrical tracking and erosion.
  • the materials used to make the viewing window and the methods used to make the junction of the window with the body of the insulator must allow to ensure the tightness of the equipment.
  • the permissible annual loss of insulating gas for the entire apparatus being less than or equal to 1%. All of these selection criteria induce a restriction of the choice of materials available to perform the function.
  • the subject of the invention is a high or medium voltage electrical switchgear according to the features of claim 1, being sealed, comprising in a housing, interruption contacts capable of occupying an open position. and a closed position, and a system for locating the open or closed position of the interruption contacts from outside the housing, the housing being a composite insulator formed by a rigid tube surrounded by an elastomeric shell whose outer surface defines a succession of annular fins, characterized in that the rigid tube and the elastomer casing are arranged to define an at least translucent viewing window through which the open or closed position of the interrupt contacts is visible, in that the rigid tube is made of translucent composite material or at least translucent plastic material and in which a transparent porthole made of ultraviolet radiation-filtering material or on which a transparent ultraviolet filter is deposited is glued to the rigid tube this porthole not being covered by the elastomer casing and defining the observation window, the rigid tube being formed by assembling tubes, one of the tubes being made of glass or at least translucent polymer, resistant to
  • the materials in contact with the solar radiation should not have any marks of degradation, such as cracks, surface deformations (increase of the surface roughness) or an alteration of the transparency after an accelerated aging of 1000 hours under UV radiation from xenon arc source or under UV fluorescent lamps according to ISO 4892-2 and ISO 4892-3.
  • the polymers which make up the outer casing or the window and which are in direct contact with the solar radiation should advantageously be chosen from those presenting no radiation absorption in the range of 300 to 400 nm wavelength, that is to say that the chemical structure of these polymers must not contain an aromatic ring
  • the rigid tube is made of glass and a zone of the rigid tube is not covered by the elastomeric envelope, this zone defining said observation window.
  • the rigid tube is made of translucent composite material or at least translucent plastic material and a transparent porthole made of ultraviolet radiation filtering material is glued to the rigid tube, this porthole not being covered by the elastomeric envelope and defining the observation window.
  • the rigid tube is formed by assembling tubes, one of the tubes being made of glass or polymer resistant to ultraviolet radiation and not covered by the elastomeric envelope defining the observation window.
  • the electrical switching apparatus may be a high or medium voltage line disconnector in which the tube is filled with a dielectric insulating gas such as SF6 at a pressure of 2 to 3 bar.
  • a dielectric insulating gas such as SF6 at a pressure of 2 to 3 bar.
  • the opening of the interruption contacts is de-energized so that the transparent plastic tube is not subjected to high temperatures due to the presence of arcing.
  • the insulating gas is not ionized by electric discharges and remains inert for the transparent plastic material of the tube.
  • the figure 1 illustrates very schematically an electrical switchgear according to the invention.
  • the figure 2 illustrates very schematically a second embodiment of an electrical switchgear according to the invention.
  • the figure 3 schematically illustrates a third embodiment of a electrical switchgear according to the invention.
  • the figure 4 illustrates very schematically a fourth embodiment of an electrical switchgear according to the invention.
  • the figure 5 illustrates very schematically a line disconnector according to the invention.
  • the figure 6 illustrates very schematically a line switch according to the invention comprising a vacuum interrupter with a viewing window.
  • a high or medium voltage electrical switchgear 1 comprises interruption contacts 2 capable of occupying an open position and a closed position and which are arranged in a composite insulator formed by a rigid tube 3 surrounded by an elastomeric envelope 4.
  • Interrupt contacts 2 include a fixed contact assembly in the tube and a movable contact assembly in the tube.
  • the movable contact assembly is disposed in the middle region of the length of the tube as shown in FIG. figure 1 .
  • the elastomeric shell has an outer surface which defines a succession of annular fins such as 4A, 4B, 4C coaxial distributed along the tube 3 between two metal end plates 5, 6 of the composite insulator in which are fixed respectively the two ends of the tube 3.
  • the tube 3 shown has a cylindrical shape
  • the invention extends to a tube having another form of revolution, for example a tube shaped truncated cone or barrel-shaped.
  • the rigid tube 3 and the elastomer casing 4 are arranged to define an at least translucent observation window 7 through which the open or closed position of the interruption contacts 2 (here an open position) is visible.
  • the rigid tube 3 is made by molding a transparent or at least translucent plastic material resistant to ultraviolet radiation, resistant to explosion and having good chemical resistance.
  • This plastic material is, for example, a thermosetting polymer such as the cycloaliphatic epoxide resin crosslinked with a non-aromatic phthalic anhydride of the hexahydrophthalic type (HHPA) or a transparent thermoplastic polymer such as a polymethylmethacrylate (PMMA) safety glass known as name "Altuglas" of the company "Atoglas”, a polycarbonate known under the name "Makrolon” from the company "Bayer MaterialScience”, a polystyrene or a polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • a thermosetting polymer such as the cycloaliphatic epoxide resin crosslinked with a non-aromatic phthalic anhydride of the hexahydrophthalic type (HHPA) or a transparent thermoplastic polymer such as a polymethylme
  • Such a rigid tube 3, having a wall thickness of about 8 mm, can be filled with an electrical insulating gas, in particular SF 6 , at a pressure of about 2 to 3 bars.
  • the rigid tube 3 can possibly be protected inside, against the aggressions of the products of decomposition of the SF 6 , by deposit of transparent material inert chemically. This protection can be carried out as an example by a very thin layer of a few micrometers deposited under vacuum ("CVD", "Sputtering” ...) or by a thicker layer of polytetrafluoroethylene (PTFE) or other fluoropolymers (PFA, FEP).
  • CVD very thin layer of a few micrometers deposited under vacuum
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PFA fluoropolymers
  • the tube can be protected from attacks such as ultraviolet radiation by the addition of a UV filter based on the incorporation of an ultraviolet absorbent of aromatic structure, for example of the family of benzaldehydes.
  • a transparent ultraviolet filter type "Altuglas CN" marketed by Altuglas can be used.
  • the assembly made up of the rigid tube, the window and the UV filter must be UV-resistant, so that this assembly must not show any signs of degradation, such as cracks, surface deformations (increase in surface roughness) or an impairment of transparency after accelerated aging of 1000 hours under UV radiation from xenon arc source or UV fluorescent lamps according to ISO 4892-2 and ISO 4892-3.
  • annular section 8 of the envelope surrounding the interruption contacts 2 is made of an at least translucent elastomeric material and defines the observation window 7.
  • This annular section 8 is a section of the envelope which is arranged substantially in the middle zone of the length of the tube (middle zone in which the moving contact assembly is arranged) so that it is interposed between two other end sections 9,10 of the envelope.
  • the elastomer forming the shell must have good mechanical properties, transparency and aging, and be resistant to ultraviolet radiation and arcing abrasion. More particularly, the elastomer must have a tear strength greater than 6 N / mm. The elastomer must withstand physicochemical aging and attack by water. The dielectric loss factor (tan ⁇ ) of the elastomer must remain below 0.2 after immersion for 50 days in water at 50 ° C. For UV resistance, the elastomer must not show any signs of degradation, such as cracks, surface deformations (increase in surface roughness) or an impairment of transparency after an accelerated aging of 1000 hours under radiation UV xenon arc source or UV fluorescent lamps according to ISO 4892-2 and ISO 4892-3.
  • the material must be at least Class 1A3, 5 according to Method 1 (Criterion A) of IEC 60587.
  • the elastomers mentioned in the invention for producing the casing of electrical equipment do not have a chemical structure of aromatic type. They therefore have good intrinsic resistance to UV. The addition of a UV filter or a UV absorber is therefore unnecessary.
  • the trihydrated alumina particles provide the elastomeric material, as is known to those skilled in the art, increased resistance to dielectric stress but they make the elastomeric material opaque which is illustrated by the hatched lines.
  • the section 8 (shown without hatched lines) is made by injection molding a second elastomer material much less loaded or a second non-filled elastomeric material so that it remains translucent after molding.
  • rectangle 11 schematically represents an injection mold and references 12,13,14 designate three injection ports of the elastomeric material.
  • the injection inlets 12, 13, 14 are spaced along the tube 3.
  • the injection inlet 13 is disposed substantially in the middle of the annular section 8 forming the observation window 7 while the injection inlets 12 and 14 are disposed substantially in the middle of the end sections 9 and 10 respectively.
  • the elastomeric material loaded with alumina particles is injected into the inlets 12 and 14 and at the same time the elastomeric material is injected into the inlet 13 weakly or otherwise. loaded.
  • the casing 4 is made with an annular section 8 at least translucent in the middle part of the casing.
  • the injection inlets 12, 13 and 14 can be shifted along the tube 3 and the number of injection inlets can be increased to form the observation window on a selected area of the envelope.
  • the formation by injection of the envelope 4 around the transparent tube is carried out in two distinct steps. Firstly, the elastomer material that is weakly or not loaded with alumina is injected through the inlet 13 to form the observation window 7 on a selected zone of the envelope 8. Then, when the observation window 7 is finished , elastomeric material loaded with alumina particles is injected through the inlets 12 and 14 to form the end sections 9 and 10 respectively of the envelope.
  • Deposition of the elastomeric material of the casing can also be achieved by winding around the rigid tube rather than by injection.
  • the system thus produced is leakproof and has an annual leakage rate of the order of 0.5% or less.
  • a high or medium voltage electrical switchgear 1 ' according to the invention comprises a composite insulator formed by a rigid tube 3' partially surrounded by an elastomer envelope 4 ', a part not surrounded by this envelope 4' acting as a window observation 7 'interrupt contacts 2'.
  • the rigid tube 3 ' is made of glass which can be protected inside, against the aggressions of the decomposition products of SF 6 . Since the glass is resistant to electric arc abrasion, the glass surface defining the observation window 7 'does not need to be surrounded by an elastomeric envelope.
  • the envelope 4 'of elastomer loaded with mineral fillers partially covering the rigid tube 3 may be formed either by injection or by extrusion (winding). In both cases, so that the insulator can best fulfill its function of electrical insulation, the cohesion between the elastomer 4 'and the tube 3' must be perfect. To do this, it must deposit on the tube before the deposition of the elastomer, a precursor chemical called adhesion primer.
  • This precursor is generally a complex compound of silanes (Si-R 4 ), for example epoxy silanes and solvents.
  • a method which consists in using a mask to prevent the deposition of adhesion primer on the area of the window, then to deposit the elastomer on the entire surface of the tube. rigid and finally to remove the elastomer from the window area and to clean the observation window with alcohol. It is possible to further reduce the adhesion of the elastomer to the zone of the window by depositing on this zone a surfactant or fatty product before the deposition of the elastomer.
  • Another solution is to deposit in the injection mold a foam mask for example to prevent the deposition of the elastomer in the viewing area.
  • the system thus produced is leakproof and has an annual leakage rate of the order of 0.5% or less.
  • high or medium voltage electrical switchgear comprises a composite insulator formed by a rigid tube 3" partly covered by a 4 "elastomer envelope loaded with mineral fillers, the part not covered by this envelope 4 "serving as observation window 7" interrupt contacts 2 ".
  • the rigid tube 3 is made either of translucent composite material, composed of mineral fibers, optionally braided, inserted in a thermosetting polymer, or at least a translucent plastic such as those presented for the rigid tube 3 of the figure 1 .
  • the inside of the tube can be possibly protected against attacks of decomposition products of SF 6 .
  • a porthole 15 '' at least translucent capable of filtering the ultraviolet radiation intended to serve as an observation window
  • This porthole 15 '' may be optionally doped glass to better filter the ultraviolet radiation, or still in translucent polymer, such as for example "Makrolon”, “Altuglas”, polystyrene or PVDF, stabilized to withstand ultraviolet radiation or covered with a UV filter, the window 15 '' is stuck on the tube rigid 3 "by means of a transparent glue epoxy, polyacrylate or silicone, possibly with a preliminary machining of the tube 3".
  • the elastomer envelope 4 '' is then deposited on the rigid tube 3 '' according to the process previously described so that the porthole 15 '' is not covered by the elastomer and can serve as observation window 7 ".
  • the system thus produced is leakproof and has an annual leakage rate of the order of 0.5% or less.
  • the figure 4 represents another embodiment of an electrical switchgear 1 '''high or medium voltage according to the invention comprising a composite insulator formed by a rigid tube 3''' surrounded in part by an elastomer envelope 4 ''', a part not surrounded by this envelope 4''' serving as observation window 7 '''interruption contacts 2'''.
  • the rigid tube 3 '' ' is made of several parts.
  • an insert tube 3 "'of at least translucent material, glass or polymer resistant to ultraviolet radiation is assembled between two tubes 3' '' b ', 3' '' c for example of composite material, mineral fiber compounds, optionally braided, inserted in a thermosetting polymer such as polyurethane or epoxy These elements making up the rigid tube 3 '' 'are glued or screwed and glued together.
  • the insert serves as an observation window 7 '"and is left uncovered by the elastomer forming the envelope by the method described for the figure 2 .
  • the elastomer covers the edges of the insert in order to seal and insulate the apparatus.
  • the system thus produced is leakproof and has an annual leakage rate of the order of 0.5% or less.
  • FIG 5 an example of use with a line disconnector such as 1 of the figure 1 according to the invention which is mounted in series with a circuit breaker 20 under a porcelain shell, for example, the electrical switchgear assembly 1 used as a disconnector and circuit breaker 20 is mounted on the ground on a porcelain support insulator 21.
  • the current I is first cut by the circuit breaker 20, the electrical switchgear 1 uses as a disconnector being then open. Therefore, the disconnector transparent tube 3 is generally not subject to the effects of arcing.
  • the system thus produced is leakproof and has an annual leakage rate of the order of 0.5% or less.
  • FIG 6 an example of use with a line disconnector such as that referenced 1 on the figure 1 according to the invention comprising a vacuum interrupter 22 with a viewing window which is mounted in series with a circuit breaker 20 under a porcelain shell for example, the electrical switchgear assembly 1 used as a disconnector and circuit breaker 20 being mounted on the ground on a porcelain support insulator 21.
  • the current I is first cut by the circuit breaker 20, the electrical switchgear 1 uses as disconnector being then open. Therefore, the disconnector transparent tube 3 is generally not subject to the effects of arcing.
  • the system thus produced is leakproof and has an annual leakage rate of the order of 0.5% or less.
  • a disconnector according to the invention can also be installed in a V configuration with a circuit breaker or in a U configuration, the base of the U being constituted by the circuit breaker and the two branches of the U being each constituted by a disconnector according to the invention.
  • An electrical switchgear according to the invention has the advantage of being simple to manufacture and to have a system for direct identification of the position of the interruption contacts.
  • An electrical switchgear according to the invention could consist of a circuit breaker insofar as the plastic material of the tube is adapted to the attacks of electric arcs and is sufficiently resistant to pressures greater than 6 bars.

Landscapes

  • Insulators (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Switch Cases, Indication, And Locking (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)
  • Testing Relating To Insulation (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)

Description

    Domaine technique
  • La présente invention porte sur un appareillage de commutation électrique haute ou moyenne tension, étanche, à gaz isolant sous pression, comprenant dans un boîtier, des contacts d'interruption susceptibles d'occuper une position d'ouverture et une position de fermeture, et un système de repérage de la position ouverte ou fermée des contacts d'interruption depuis l'extérieur du boîtier.
    • Etat de la technique antérieure
  • On connaît déjà du document de brevet DE 195 19 721 , un disjoncteur du type indiqué plus haut dans lequel le boîtier est constitué par une enveloppe métallique remplie d'un gaz d'isolation diélectrique tel que du SF6 sous une pression de quelques bars et le système de repérage de la position des contacts d'interruption est constitué par une barrière optique disposée à l'intérieur du boîtier entre le contact fixe et le contact mobile et par des fibres optiques qui renvoient vers l'extérieur du boîtier un signal optique indicatif de la position des contacts d'interruption.
  • On connaît également déjà du brevet US 4 249 050 , un interrupteur à vide ou « ampoule à vide » comprenant une fenêtre de visualisation pour voir directement la position des contacts, selon le préambule de la revendication 1.
  • On connaît également déjà du brevet GB 1 253 604 , l'utilisation d'une fenêtre en polymère thermoplastique pour visualisation. Ce document décrit la réalisation d'une fenêtre transparente en matériau thermoplastique dans une ouverture d'une enveloppe pour appareillage électrique. La fenêtre est insérée dans l'ouverture par une méthode de moulage des plastiques par injection, le bord de l'ouverture et le bord de la fenêtre étant ancrés l'un dans l'autre.
    • Exposé de l'invention
  • Le but de l'invention est de proposer un appareillage de commutation électrique haute ou moyenne tension, à gaz isolant sous pression, pour application extérieure qui soit d'une conception plus simple et d'une fiabilité accrue en permettant d'avoir une vision directe de la position des contacts d'interruption. Pour cette application, il faut effectuer une sélection rigoureuse des matériaux pour tenir compte des contraintes combinées appliquées sur l'appareillage. Par opposition au brevet US 4 249 050 , l'invention a pour objet un appareillage sous pression, de pression interne supérieure à la pression atmosphérique, engendrant une force de compression vers l'extérieur. De même, par opposition au brevet GB 1 253 604 , l'invention a pour but d'insérer une fenêtre de visualisation pour un appareillage de commutation électrique. Le matériau devant résister aux agressions internes dues aux produits de décomposition du gaz isolant et aux agressions externes dues à l'environnement, c'est à dire à la combinaison de pluie, rayonnement ultra-violet, le brouillard salin, le vieillissement physique et chimique. De même, les matériaux doivent satisfaire aux critères électriques indispensables pour ces applications dans le domaine de la moyenne et la haute tension, à savoir une bonne résistance au cheminement électrique et à l'érosion. De plus, les matériaux utilisés pour réaliser la fenêtre de visualisation ainsi que les méthodes utilisées pour réaliser la jonction de la fenêtre avec le corps de l'isolateur doivent permettre d'assurer l'étanchéité de l'appareillage. La perte annuelle admissible de gaz isolant pour l'appareillage entier étant inférieure ou égale à 1%. L'ensemble, de ces critères de sélection induit une restriction du choix des matériaux disponibles pour réaliser la fonction. Ainsi, les critères de sélection des matériaux sont clairement établis dans l'invention pour permettre la réalisation d'un appareillage de commutation électrique haute ou moyenne tension à gaz isolant sous pression comprenant dans un boîtier, des contacts d'interruption susceptibles d'occuper une position d'ouverture et une position de fermeture, et un système de repérage de la position ouverte ou fermée des contacts d'interruption depuis l'extérieur du boîtier.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un appareillage de commutation électrique haute ou moyenne tension, selon les caractéristiques de la revendication 1, étant étanche, comprenant dans un boîtier, des contacts d'interruption susceptibles d'occuper une position d'ouverture et une position de fermeture, et un système de repérage de la position ouverte ou fermée des contacts d'interruption depuis l'extérieur du boîtier, le boîtier étant un isolateur composite formé par un tube rigide entouré par une enveloppe en élastomère dont la surface extérieure définit une succession d'ailettes annulaires, caractérisé
    en ce que le tube rigide et l'enveloppe en élastomère sont agencés pour définir une fenêtre d'observation au moins translucide à travers laquelle la position ouverte ou fermée des contacts d'interruption est visible,
    en ce que le tube rigide est réalisé en matériau composite translucide ou en matière plastique au moins translucide et dans lequel un hublot transparent en matière filtrant le rayonnement ultra-violet ou sur lequel on dépose un filtre ultra-violet transparent est collé sur le tube rigide, ce hublot n'étant pas recouvert par l'enveloppe en élastomère et définissant la fenêtre d'observation, le tube rigide étant formé par assemblage de tubes, un des tubes étant réalisé en verre ou en polymère au moins translucide, résistant aux ultra-violets,
    en ce que tous les matériaux au contact du rayonnement solaire soient résistants au rayonnement ultra-violet,
    et en ce que le gaz diélectrique est sous une pression de 2 à 3 bars.
  • L'ensemble des matériaux utilisés permet d'assurer l'étanchéité, la fonction d'isolation électrique et la tenue aux agressions internes et externes de l'appareillage électrique ainsi réalisé.
  • De manière avantageuse, les matériaux au contact du rayonnement solaire ne devraient pas présenter de marques de dégradation, telles que des fissures, des déformations de surface (augmentation de la rugosité de surface) ou une altération de la transparence après un vieillissement accéléré de 1000 heures sous rayonnement UV de source à arc au xénon ou sous lampes fluorescentes UV selon les normes ISO 4892-2 et ISO 4892-3. En d'autres termes, les polymères qui composent l'enveloppe extérieure ou le hublot et qui sont au contact direct du rayonnement solaire devraient avantageusement être choisis parmi ceux ne présentant pas d'absorption de rayonnement dans le domaine allant de 300 à 400 nm de longueur d'onde, c'est-à-dire que la structure chimique de ces polymères ne doit pas contenir de cycle aromatique
  • Un appareillage de commutation électrique selon l'invention peut présenter les particularités suivantes :
    • le tube rigide est réalisé en une matière plastique au moins translucide et un tronçon de l'enveloppe entourant les contacts d'interruption est réalisé en une matière élastomère au moins translucide.
    • le tronçon translucide de l'enveloppe est réalisé par moulage par injection d'une première matière élastomère et est interposé entre deux tronçons d'extrémité de l'enveloppe qui sont réalisés par moulage par injection d'une seconde matière élastomère plus chargée en charges minérales que la première matière élastomère.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le tube rigide est réalisé en verre et une zone du tube rigide n'est pas recouverte par l'enveloppe en élastomère, cette zone définissant ladite fenêtre d'observation.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le tube rigide est réalisé en matériau composite translucide ou en matière plastique au moins translucide et un hublot transparent en matière filtrant le rayonnement ultraviolet est collé sur le tube rigide, ce hublot n'étant pas recouvert par l'enveloppe en élastomère et définissant la fenêtre d'observation.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le tube rigide est formé par assemblage de tubes, un des tubes étant réalisé en verre ou en polymère résistant au rayonnement ultraviolet et n'étant pas recouvert par l'enveloppe en élastomère définissant la fenêtre d'observation.
  • Un appareillage selon l'invention peut encore présenter les particularités suivantes :
    • La matière plastique au moins translucide est en polyméthacrylate de méthyle (PMMA), en polycarbonate (PC), en polystyrène cristal (PS), en polyfluorure de vinylidène (PVDF) ou en résine époxyde cycloaliphatique.
    • La matière élastomère est en silicone, en caoutchouc d'éthylène-propylène ou en élastomère fluoré éventuellement chargé de charges minérales. On peut citer notamment la charge de type alumine trihydratée (ATH) qui permet d'améliorer la résistance au cheminement de l'enveloppe.
    • Le tube rigide contient un gaz d'isolation diélectrique.
    • Le tube rigide est protégé à l'intérieur par dépôt de matériau transparent inerte chimiquement contre les agressions des produits de décomposition du SF6, par exemple par dépôt de polytétrafluoroéthylène ou d'autres polymères fluorés.
    • Le tube rigide en contact direct avec l'atmosphère est réalisé en matériau résistant au rayonnement solaire (en particulier au rayonnement ultra-violet) ou réalisé à l'aide d'un matériau non résistant au rayonnement ultra-violet, et protégé par un filtre anti-UV.
    • Parmi les matériaux transparents cités dans l'invention pour réaliser le tube rigide ou le hublot, le polycarbonate basé sur un motif bisphenol et le polystyrène contenant des cycles aromatiques doivent absolument être protégé des UV par l'utilisation d'un filtre anti-UV ou par l'ajout d'un absorbant ultra-violet. Les polyméthacrylate de méthyle (PMMA), polyfluorure de vinylidène (PVDF) et résine époxyde cycloaliphatique peuvent être utilisés directement en contact avec l'atmosphère.
  • Selon l'invention, l'appareil de commutation électrique peut être un sectionneur de ligne haute ou moyenne tension dans lequel le tube est rempli d'un gaz d'isolation diélectrique tel que du SF6 sous une pression de 2 à 3 bars. Dans cette application, l'ouverture des contacts d'interruption se fait hors tension de sorte que le tube en matière plastique transparente n'est pas soumis à des températures importantes dues à la présence d'arcs électriques. Par ailleurs, le gaz d'isolation n'est pas ionisé par les décharges électriques et reste inerte pour la matière plastique transparente du tube.
    • Brève description des dessins
  • Un exemple de réalisation d'un appareillage de commutation électrique selon l'invention est décrit ci-après et illustré par les dessins annexés.
  • La figure 1 illustre de façon très schématique un appareillage de commutation électrique selon l'invention.
  • La figure 2 illustre de façon très schématique un second mode de réalisat ion d'un appareillage de commutation électrique selon l' invention.
  • La figure 3 illustre de façon très schématique un troisième mode de réalisation d'un appareillage de commutation électrique selon l'invention.
  • La figure 4 illustre de façon très schématique un quatrième mode de réalisation d'un appareillage de commutation électrique selon l'invention.
  • La figure 5 illustre de façon très schématique un sectionneur de ligne conforme à l'invention.
  • La figure 6 illustre de façon très schématique un sectionneur de ligne conforme à l'invention comprenant une ampoule à vide avec une fenêtre de visualisation.
    • Exposé détaillé de modes de réalisation particuliers
  • Sur la figure 1, un appareillage de commutation électrique 1 haute ou moyenne tension selon l'invention comprend des contacts d'interruption 2 susceptibles d'occuper une position d'ouverture et une position de fermeture et qui sont disposés dans un isolateur composite formé par un tube rigide 3 entouré par une enveloppe en élastomère 4.
  • Les contacts d'interruption 2 comprennent un ensemble de contact fixe dans le tube et un ensemble de contact mobile dans le tube. L'ensemble de contact mobile est disposé dans la zone médiane de la longueur du tube comme illustré sur la figure 1. Par position d'ouverture des contacts d'interruption, on doit comprendre une position de l'ensemble de contact mobile lorsqu'il n'est pas relié électriquement à l'ensemble de contact fixe.
  • Comme visible sur la figure 1, l'enveloppe en élastomère a une surface extérieure qui définit une succession d'ailettes annulaires telles que 4A,4B,4C coaxiales réparties le long du tube 3 entre deux armatures métalliques d'extrémités 5, 6 de l'isolateur composite dans lesquelles sont fixées respectivement les deux extrémités du tube 3.
  • Bien que sur la figure 1, le tube 3 représenté ait une forme cylindrique, l'invention s'étend à un tube ayant une autre forme de révolution, par exemple un tube en forme de tronc de cône ou encore en forme de tonneau.
  • Selon l'invention, le tube rigide 3 et l'enveloppe en élastomère 4 sont agencé s pour définir une fenêtre d'observation 7 au moins translucide à travers laquelle la position ouverte ou fermée des contacts d'interruption 2 (ici une position ouverte) est visible.
  • Plus particulièrement, le tube rigide 3 est réalisé par moulage d'une matière plastique transparente ou au moins translucide résistante au rayonnement ultraviolet, résistante à l'explosion et ayant une bonne tenue chimique. Cette matière plastique est par exemple un polymère thermodurcissable tel que la résine époxyde cycloaliphatique réticulée par un anhydride phtalique non aromatique du type hexahydrophtalique (HHPA) ou un polymère thermoplastique transparent tel qu'un verre de sécurité en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) connu sous le nom de " Altuglas " de la société "Atoglas", un polycarbonate connu sous le nom de "Makrolon" de la société "Bayer MaterialScience", un polystyrène ou encore un polyfluorure de vinylidène(PVDF).
  • Un tel tube rigide 3, ayant une épaisseur de paroi d'environ 8 mm, peut être rempli d'un gaz d'isolation électrique, en particulier du SF6, sous une pression d'environ 2 à 3 bars. Le tube rigide 3 peut éventuellement être protégé à l'intérieur, contre les agressions des produits de décomposition du SF6, par dépôt de matériau transparent inerte chimiquement. Cette protection peut être réalisée à titre d'exemple par une couche très mince de quelques micromètres déposée sous vide ("CVD", "Sputtering"...) ou par une couche plus épaisse de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou d'autres polymères fluorés (PFA, FEP). Le tube peut être protégé des agressions telles que le rayonnement ultra-violet par l'addition d'un filtre UV basé sur l'incorporation d'un absorbant ultra-violet de structure aromatique, par exemple de la famille des benzaldéhydes. De même, un filtre ultra-violet transparent de type « Altuglas CN » commercialisé par la société Altuglas peut être utilisé.
  • L'ensemble composé par le tube rigide, le hublot et le filtre anti-UV doit être résistant aux UV, de telle sorte que cet ensemble ne doit pas présenter de marques de dégradation, telles que des fissures, des déformations de surface (augmentation de la rugosité de surface) ou une altération de la transparence après un vieillissement accéléré de 1000 heures sous rayonnement UV de source à arc au xénon ou sous lampes fluorescentes UV selon les normes ISO 4892-2 et ISO 4892-3.
  • Par ailleurs, un tronçon annulaire 8 de l'enveloppe entourant les contacts d'interruption 2 est réalisé en une matière élastomère au moins translucide et défini la fenêtre d'observation 7. Ce tronçon annulaire 8 est un tronçon de l'enveloppe qui est disposé sensiblement dans la zone médiane de la longueur du tube (zone médiane dans laquelle est disposé l'ensemble de contact mobile) de sorte qu'il est interposé entre deux autres tronçons d'extrémité 9,10 de l'enveloppe.
  • L'élastomère formant l'enveloppe doit avoir de bonnes propriétés mécaniques, de transparence et de vieillissement, et être résistant au rayonnement ultraviolet et à l'abrasion par arcs électriques. Plus particulièrement, l'élastomère doit présenter une résistance au déchirement supérieure à 6 N/mm. L'élastomère doit résister au vieillissement physicochimique et à l'attaque par l'eau. Le facteur de perte diélectrique (tan δ) de l'élastomère doit rester inférieur à 0,2 après une immersion de 50 jours dans de l'eau à 50°C. Pour la résistance aux UV, l'élastomère ne doit pas présenter de marques de dégradation, telles que des fissures, des déformations de surface (augmentation de la rugosité de surface) ou une altération de la transparence après un vieillissement accéléré de 1000 heures sous rayonnement UV de source à arc au xénon ou sous lampes fluorescentes UV selon les normes ISO 4892-2 et ISO 4892-3.
  • Concernant la résistance au cheminement et à l'érosion de l'élastomère, le matériau doit être au minimum de classe 1A3, 5 selon la méthode 1 (critère A) de la norme CEI 60587.
  • Les élastomères cités dans l'invention pour réaliser l'enveloppe de l'appareillage électrique n'ont pas une structure chimique de type aromatique. Ils présentent donc une bonne résistance intrinsèque aux UV. L'ajout d'un filtre UV ou d'un absorbant UV est donc inutile.
  • Sur la figure 1, on a représenté en traits hachurés les deux tronçons d'extrémité 9,10 qui sont réalisés par moulage par injection d'une première matière élastomère, par exemple de silicone, de caoutchouc d'éthylène - propylène (EPR, EPDM) ou d'élastomère fluoré ("vison®"), chargée en charges minérales pouvant être par exemple de l'alumine, de l'alumine tri - hydratée, de l'oxyde de titane ou de la silice. Les particules d'alumine tri - hydratée apportent à la matière élastomère, comme cela est connu de l'homme du métier, une résistance accrue aux contraintes diélectriques mais elles rendent la matière élastomère opaque ce qui est illustré par les traits hachurés. Le tronçon 8 (figuré sans traits hachurés) est réalisé par moulage par injection d'une seconde matière élastomère beaucoup moins chargée ou d'une seconde matière élastomère non chargée de sorte qu'elle reste translucide après moulage.
  • Sur la figure 1, le rectangle 11 représente schématiquement un moule d'injection et les références 12,13,14 désignent trois entrées d'injection de la matière élastomère. Comme visible sur la figure 1, les entrées d'injection 12,13,14 sont espacées le long du tube 3. L'entrée d'injection 13 est disposée sensiblement au milieu du tronçon annulaire 8 formant la fenêtre d'observation 7 tandis que les entrées d'injection 12 et 14 sont disposées sensiblement au milieu des tronçons d'extrémité 9 et 10 respectivement.
  • Pour la formation de l'enveloppe 4 autour du tube transparent 3, on injecte dans les entrées 12 et 14 de la matière élastomère chargée avec des particules d'alumine et en même temps on injecte dans l'entrée 13 la matière élastomère faiblement ou non chargée. En équilibrant les pressions d'injection aux entrées 12, 13 et 14, on réalise l'enveloppe 4 avec un tronçon annulaire 8 au moins translucide dans la partie médiane de l'enveloppe. Bien entendu, les entrées d'injection 12, 13 et 14 peuvent être décalées le long du tube 3 et le nombre d'entrées d'injection peut être augmenté pour former la fenêtre d'observation sur une zone choisie de l'enveloppe.
  • Préférablement la formation par injection de l'enveloppe 4 autour du tube transparent est effectuée en deux étapes distinctes. Tout d'abord, la matière élastomère faiblement ou pas chargée en alumine est injectée par l'entrée 13 pour former la fenêtre d'observation 7 sur une zone choisie de l'enveloppe 8. Ensuite, lorsque la fenêtre d'observation 7 est terminée, de la matière élastomère chargée avec des particules d'alumine est injectée par les entrées 12 et 14 pour former les tronçons d'extrémité 9 et 10 respectivement de l'enveloppe.
  • Le dépôt de la matière élastomère de l'enveloppe peut aussi être réalisé par enroulement autour du tube rigide plutôt que par injection.
  • Le système ainsi réalisé est étanche et présente un taux de fuite annuel de l'ordre de ou inférieur à 0,5%.
  • Sur la figure 2, un appareillage de commutation électrique 1' haute ou moyenne tension selon l'invention comprend un isolateur composite formé par un tube rigide 3' entouré en partie par une enveloppe en élastomère 4', une partie non entourée par cette enveloppe 4' servant de fenêtre d'observation 7' des contacts d'interruption 2'.
  • Le tube rigide 3' est réalisé en verre qui peut être protégé à l'intérieur, contre les agressions des produits de décomposition du SF6. Le verre étant résistant à l'abrasion par arc électrique, la surface de verre définissant la fenêtre d'observation 7' n'a pas besoin d'être entourée par une enveloppe en élastomère.
  • L'enveloppe 4' en élastomère chargé en charges minérales recouvrant en partie le tube rigide 3 peut être formée soit par injection, soit par extrusion (enroulement). Dans les deux cas, afin que l'isolateur puisse remplir au mieux sa fonction d'isolation électrique, la cohésion entre l'élastomère 4' et le tube 3' doit être parfaite. Pour ce faire, on doit déposer sur le tube avant le dépôt de l'élastomère, un produit chimique précurseur appelé primaire d'adhérence. Ce précurseur est en général un composé complexe de silanes (Si-R4) , par exemple d'époxy silanes et de solvants.
  • Afin de réaliser une fenêtre d'observation, on suit un procédé qui consiste à utiliser un masque pour empêcher le dépôt de primaire d'adhérence sur la zone de la fenêtre, puis à déposer l'élastomère sur l'ensemble de la surface du tube rigide et enfin à retirer l'élastomère de la zone de la fenêtre et à nettoyer la fenêtre d'observation à l'aide d'alcool. On peut éventuellement diminuer encore l'adhésion de l'élastomère sur la zone de la fenêtre en déposant sur cette zone un produit tensioactif ou gras avant le dépôt de l'élastomère.
  • Une autre solution consiste à déposer dans le moule d'injection un masque en mousse par exemple visant à empêcher le dépôt de l'élastomère dans la zone de visualisation.
  • Ainsi, sur la figure 2, une de ces techniques de formation de l'enveloppe 4' a été utilisée, laissant non couverte une partie cylindrique du tube rigide 3' en verre qui sert de fenêtre d'observation 7'. La forme et la taille de la fenêtre d'observation 7' est facilement modulable.
  • Le système ainsi réalisé est étanche et présente un taux de fuite annuel de l'ordre de ou inférieur à 0,5%.
  • Sur la figure 3, un appareillage de commutation électrique 1" haute ou moyenne tension selon l'invention comprend un isolateur composite formé par un tube rigide 3" recouverte en partie par une enveloppe en élastomère 4" chargé en charges minérales, la partie non recouverte par cette enveloppe 4" servant de fenêtre d'observation 7'' des contacts d'interruption 2".
  • Le tube rigide 3'' est réalisé soit en matériau composite translucide, composé de fibres minérales, éventuellement tressées, insérées dans un polymère thermodurcissable, soit en matière plastique au moins translucide telle que celles présentées pour le tube rigide 3 de la figure 1. L'intérieur du tube peut être éventuellement protégé contre les agressions des produits de décomposition du SF6.
  • Sur le tube rigide 3" est disposé un hublot 15'' au moins translucide susceptible de filtrer le rayonnement ultraviolet destiné à servir de fenêtre d'observation. Ce hublot 15'' peut être en verre éventuellement dopé pour mieux filtrer le rayonnement ultraviolet, ou encore en polymère translucide, tel que par exemple le "Makrolon", l' "Altuglas", le polystyrène ou le PVDF, stabilisé pour résister au rayonnement ultraviolet ou recouvert d'un filtre UV. Le hublot 15'' est collé sur le tube rigide 3" au moyen d'une colle transparente époxy, polyacrylate ou silicone, avec éventuellement un usinage préalable du tube 3".
  • L'enveloppe élastomère 4'' est ensuite déposée sur le tube rigide 3'' suivant le procédé décrit précédemment de manière à ce que le hublot 15'' ne soit pas recouvert par l'élastomère et puisse servir de fenêtre d'observation 7".
  • Le système ainsi réalisé est étanche et présente un taux de fuite annuel de l'ordre de ou inférieur à 0,5%.
  • La figure 4, représente un autre mode de réalisation d'un appareillage de commutation électrique 1''' haute ou moyenne tension selon l'invention comprenant un isolateur composite formé par un tube rigide 3''' entouré en partie par une enveloppe en élastomère 4''', une partie non entourée par cette enveloppe 4''' servant de fenêtre d'observation 7''' des contacts d'interruption 2'''.
  • Le tube rigide 3''' est réalisé en plusieurs parties. Par exemple, un tube d'insert 3"'a en matériau au moins translucide, en verre ou en polymère résistant au rayonnement ultraviolet, est assemblé entre deux tubes 3'''b, 3'''c par exemple en matériau composite, composés de fibres minérales, éventuellement tressées, insérées dans un polymère thermodurcissable tel que du polyuréthanne ou de l'époxy. Ces éléments composant le tube rigide 3''' sont collés ou vissés et collés.
  • L'insert sert de fenêtre d'observation 7''' et est laissé non recouvert par l'élastomère formant l'enveloppe par le procédé décrit pour la figure 2. Toutefois, il est préférable que l'élastomère recouvre les bords de l'insert afin d'assurer l'étanchéité et l'isolation de l'appareillage.
  • Le système ainsi réalisé est étanche et présente un taux de fuite annuel de l'ordre de ou inférieur à 0,5%.
  • Sur la figure 5, on a illustré un exemple d'utilisation avec un sectionneur de ligne tel que 1 de la figure 1 conforme à l'invention qui est monté en série avec un disjoncteur 20 sous enveloppe en porcelaine par exemple, l'ensemble appareillage de commutation électrique 1 utilisé en tant que sectionneur et disjoncteur 20 étant monté au sol sur un isolateur support en porcelaine 21. Dans un tel montage, le courant I est d'abord coupé par le disjoncteur 20, l'appareillage de commutation électrique 1 utilise en tant que sectionneur étant ensuite ouvert. Par conséquent, le tube transparent 3 de sectionneur n'est généralement pas soumis aux effets d'arcs électriques.
  • Le système ainsi réalisé est étanche et présente un taux de fuite annuel de l'ordre de ou inférieur à 0,5%.
  • Sur la figure 6, on a illustré un exemple d'utilisation avec un sectionneur de ligne tel que celui référencé 1 sur la figure 1 conforme à l'invention comprenant une ampoule à vide 22 avec une fenêtre de visualisation qui est monté en série avec un disjoncteur 20 sous enveloppe en porcelaine par exemple, l'ensemble appareillage de commutation électrique 1 utilisé en tant que sectionneur et disjoncteur 20 étant monté au sol sur un isolateur support en porcelaine 21. Dans un tel montage, le courant I est d'abord coupé par le disjoncteur 20, l'appareillage de commutation électrique 1 utilise en tant que sectionneur étant ensuite ouvert. Par conséquent, le tube transparent 3 de sectionneur n'est généralement pas soumis aux effets d'arcs électriques.
  • Le système ainsi réalisé est étanche et présente un taux de fuite annuel de l'ordre de ou inférieur à 0,5%.
  • Un sectionneur conforme à l'invention peut encore être installé dans une configuration en V avec un disjoncteur ou encore dans une configuration en U, la base du U étant constituée par le disjoncteur et les deux branches du U étant constituées chacune par un sectionneur conforme à l'invention.
  • Un appareillage de commutation électrique selon l'invention présente l'avantage d'être simple à fabriquer et d'avoir un système de repérage direct de la position des contacts d'interruption. Un appareillage de commutation électrique selon l'invention pourrait consister en un disjoncteur dans la mesure où la matière plastique du tube est adaptée aux agressions des arcs électriques et est suffisamment résistante à des pressions supérieures à 6 bars.

Claims (4)

  1. Appareillage de commutation électriques (1) haute ou moyenne tension, étanche, comprenant, dans un boîtier, des contacts d'interruption (2) susceptibles d'occuper une position d'ouverture et une position de fermeture, et une fenêtre d'observation de la position ouverte et de la position fermée des contacts d'interruption (2) depuis l'extérieur du boîtier, le boîtier étant un isolateur composite formé par un tube rigide (3) entouré par une enveloppe en élastomère (4) dont la surface extérieure définit une succession d'ailettes annulaires, le tube rigide étant réalisé en une matière plastique au moins translucide, cara-ctérisé en ce qu'un tronçon (8) de l'enveloppe, entourant les contacts d'interruption, est réalisé en une matière élastomère au moins translucide, ce tronçon définissant ladite fenêtre d'observation, le tronçon translucide (8) de l'enveloppe étant réalisé par moulage par injection d' une première matière élastomère et étant interposé entre deux tronçons d'extrémité (9,10) de l'enveloppe qui sont réalisés par moulage par injection d'une seconde matière élastomère plus chargée en charges minérales que la première matière élastomère, les parties de l'appareillagé au contact du rayonnement solaire étant en des matériaux résistant au rayonnement ultra-violet, le boîtier étant rempli d' un gaz diélectrique sous une pression de 2 à 3 bars.
  2. Appareillage selon la revendication 1, dans lequel la matière plastique au moins translucide est en polyméthacrylate de méthyle, en polycarbonate, en polystyrène ou en polyfluorure de vinylidène.
  3. Appareillage selon l'une des revendications ou 2, dans lequel la matière élastomère est en silicone, en caoutchouc d'éthylène-propylène ou en élastomère fluoré.
  4. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le tube rigide est protégé à l'intérieur par dépôt de matériau transparent inerte chimiquement contre les agressions des produits de décomposition du SF6, par exemple par dépôt de polytétrafluoroéthylène ou d'autres polymères fluorés.
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