FR2991496A1 - Appareillage electrique haute tension - Google Patents

Abstract

L'objet principal de l'invention est un appareillage électrique (10) en haute tension comportant deux organes électriquement conducteurs (1,2), aptes à se déplacer l'un par rapport à l'autre en service, et un organe de contact électrique (3), apte à relier électriquement les deux organes électriquement conducteurs (1,2), l'organe de contact électrique (3) étant reçu dans au moins une gorge (V, V') ménagée dans au moins un des deux organes électriquement conducteurs (1,2), caractérisé en ce que le nombre de points de contact (P) entre l'organe de contact électrique (3) et les deux organes électriquement conducteurs (1,2) est supérieur ou égal à 4, et en ce qu'au moins un des deux organes électriquement conducteurs (1,2) est apte à se déplacer, en service, relativement à l'organe de contact électrique (3).

Description

APPAREILLAGE ELECTRIQUE HAUTE TENSION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des organes de contact électrique pour appareillage électrique en haute tension, et notamment pour les postes isolés au gaz (ou GIS pour « Gas Insulated Switchgear » en anglais), les postes isolés à l'air (ou AIS pour « Air Insulated Switchgear » en anglais), les disjoncteurs isolés au gaz (par exemple du type GCB pour « Generator Circuit Breaker » en anglais) et/ou les disjoncteurs isolés à l'air (par exemple du type DT pour « Dead Tank » en anglais).

L'invention concerne plus particulièrement un appareillage électrique en haute tension comportant deux organes électriquement conducteurs et un organe de contact électrique, apte à relier électriquement les deux organes électriquement conducteurs. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE On entend par haute tension, une tension supérieure à environ 1000 Volt. L'invention trouve notamment son application dans deux types principaux d'appareillages électriques. Il s'agit tout d'abord d'un appareillage de type mobile, à savoir notamment un appareillage électrique de coupure. Dans cette optique, on citera notamment les disjoncteurs, les sectionneurs, les contacteurs ou encore les commutateurs de charge. De façon connue, un tel appareillage de type mobile comporte un ensemble de contact, qui est pourvu de deux organes respectivement fixe et mobile. L'organe mobile peut ainsi être déplacé, par rapport à l'organe fixe, entre une position de contact et une position séparée ou de coupure. Chaque organe est muni, tout d'abord, d'un 10 élément de contact d'arc respectif. De plus, ces organes, respectivement fixe et mobile, sont pourvus d'organes de contact permanents, qui assurent la continuité électrique, notamment en position fermée. Ces organes de contact permanents, de type fixe ou 15 mobile, constituent des organes de contact électrique au sens de l'invention. L'invention trouve aussi son application dans des appareillages électriques, de type globalement statique. Dans cet esprit, il s'agit notamment d'un jeu 20 de barres conductrices. Dans cet agencement, la continuité électrique entre deux barres adjacentes, qui sont globalement immobiles l'une par rapport à l'autre, est réalisée par une pièce de liaison qui entoure les 25 extrémités en regard de ces barres conductrices. En service, en particulier sous l'effet des jeux fonctionnels, des dilatations thermiques induites par le passage du courant ou encore des vibrations, ces deux barres sont soumises à de légers déplacements 30 relatifs, de sorte qu'il est délicat d'y fixer la pièce de liaison précitée.

On fait donc appel à un organe de contact électrique, également visé par l'invention. Celui-ci se trouve intercalé entre des parois en regard de la pièce de liaison et d'une barre conductrice correspondante.

En résumé, la présente invention a trait à un appareillage électrique en haute tension comportant deux organes électriquement conducteurs (ou organes conducteurs) apte à être reliés électriquement en série par un organe de contact électrique. Les deux organes conducteurs sont susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre en raison, soit de la nature même de l'appareillage électrique, soit des contingences de fonctionnement de cet appareillage. Les organes de contact électrique ont un rôle majeur dans l'appareillage électrique. Ils doivent assurer le passage du courant électrique entre les organes conducteurs sans pour autant conduire à un échauffement excessif au niveau des connexions qui est néfaste aux organes de contact électrique et augmente les pertes par effet Joule. Aussi, les organes de contact électrique sont habituellement réalisés dans des matériaux conducteurs, tels que du cuivre ou de l'aluminium par exemple. En outre, afin de garantir une meilleure résistance au(x) point(s) de contact, les organes de contact électrique sont souvent protégés contre la corrosion (type oxydation) par une couche de revêtement d'un métal noble, tels que de l'or ou de l'argent par exemple, présentant généralement une épaisseur comprise entre 3 et 40 pm.

Ainsi, la résistance et donc la résistivité électrique sont des paramètres importants et on cherche à obtenir des organes de contact électrique présentant la plus faible résistance électrique possible, de l'ordre de quelques micro-ohms. Par ailleurs, pour les applications 5 d'appareillage électrique mentionnées auparavant, on utilise entre autres types un organe de contact électrique du type ressort (ci-après « organe ressort »). Un tel organe ressort est formé par un fil métallique, par exemple en cuivre et recouvert d'une 10 couche d'argent, replié sur lui-même de manière à former une succession de spires. La demande de brevet européen EP 0 890 758 décrit un exemple d'organe ressort. L'organe ressort peut être assemblé entre une gorge, par exemple de section de forme rectangulaire ou 15 en forme de V, formée dans un des deux organes conducteurs, par exemple une électrode, et l'autre organe conducteur, par exemple une barre conductrice cylindrique. L'organe ressort évolue dans un état de compression entre l'électrode et la barre conductrice. 20 Le mouvement de la barre conductrice engendre un glissement relatif entre l'organe ressort et la barre qui est source d'usure mécanique. De plus, même en l'absence de mouvement de la barre, le passage du courant nominal peut entraîner des dilatations 25 thermiques à l'origine d'un glissement de quelques millimètres. La force de contact (d'appui) de l'organe ressort est donc également un paramètre important. Par conséquent, un tel organe de contact électrique doit permettre d'obtenir une résistance 30 électrique la plus faible possible mais aussi un effort de contact, obtenu par compression, optimal qui n'engendre qu'une faible usure mécanique, lors des manoeuvres mécaniques des pièces par exemple. De tels paramètres, résistance électrique et effort de contact, sont notamment influencés par la position de l'organe de contact électrique entre les organes conducteurs. On connaît de l'art antérieur différentes configurations de positionnement d'un organe de contact électrique relativement aux organes conducteurs. La demande de brevet américain US 2003/0094812 vise à permettre une diminution de l'effort d'insertion par rapport à l'effort de déconnexion, et décrit une électrode munie d'une première gorge et une barre conductrice munie d'une deuxième gorge, de forme différente de la première, entre lesquelles un organe de contact électrique est bloqué en position. Ce blocage, notamment le blocage de l'organe de contact électrique dans la barre conductrice, ne permet pas un mouvement relatif de la barre et de l'organe de contact électrique, de sorte que cette solution ne convient pas aux applications décrites précédemment, et en particulier aux applications du type appareillage électrique de coupure. La demande de brevet américain US 2004/0245686 vise à contrôler l'effort d'insertion et l'effort de déconnexion par la déformation d'un organe de contact électrique placé entre une première gorge en forme de V (en section) d'une électrode et une deuxième gorge en forme de U (en section) d'une barre de connexion. L'organe de contact électrique est également bloqué en position entre ces deux gorges, et notamment dans la barre conductrice, de sorte que cette solution ne convient pas aux applications décrites précédemment, en particulier aux applications du type appareillage électrique de coupure.

La demande de brevet américain US 2004/0175229 décrit plusieurs variantes de formes pour une première gorge d'une électrode et une deuxième gorge d'une barre conductrice, entre lesquels est placé un organe de contact électrique. La variété des formes vise à permettre de contrôler les efforts d'insertion et de déconnexion. Cette solution ne permet pas d'obtenir une réduction de la résistance électrique satisfaisante.

EXPOSÉ DE L'INVENTION Il existe un besoin pour proposer un appareillage électrique muni d'un organe de contact électrique qui se prête, de façon satisfaisante, à une adaptation en haute tension.

Il existe également un besoin pour proposer un appareillage électrique comportant un organe de contact électrique présentant une faible résistance électrique et un effort de contact optimal. L'invention a pour but de remédier au moins 25 partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur. Pour permettre à un organe de contact électrique de présenter la plus faible résistance 30 électrique possible, il est souhaitable d'augmenter le nombre de points de contact par lesquels circule le courant électrique, notamment pour faciliter le passage de courant lors de la diminution de section, c'est-à-dire le nombre de points de contact entre l'organe de contact électrique et les organes conducteurs.

Par ailleurs, pour un organe ressort présentant deux points de contact avec par exemple un premier organe conducteur muni d'une gorge en V et un unique point de contact avec par exemple un deuxième organe conducteur sous la forme d'une barre conductrice cylindrique, soit un total de trois points de contact, l'effort de compression exercé par la barre conductrice sur l'organe de contact électrique via un seul point de contact est distribué par l'organe de contact électrique au premier organe conducteur via les deux points de contact de la gorge en V. Pour augmenter l'effort de contact, il est également souhaitable d'augmenter le nombre de points de contact entre l'organe de contact électrique et les organes conducteurs.

L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un appareillage électrique en haute tension comportant deux organes électriquement conducteurs, aptes à se déplacer l'un par rapport à l'autre en service, et un organe de contact électrique, apte à relier électriquement les deux organes électriquement conducteurs, l'organe de contact électrique étant reçu dans au moins une gorge ménagée dans au moins un des deux organes électriquement conducteurs, caractérisé en ce que le nombre de points de contact entre l'organe de contact électrique et les deux organes électriquement conducteurs est supérieur ou égal à 4, et en ce qu'au moins un des deux organes électriquement conducteurs est apte à se déplacer, en service, relativement à l'organe de contact électrique.

Par « apte à se déplacer », on entend qu'un mouvement relatif est permis entre au moins un des deux organes électriquement conducteurs et l'organe de contact électrique, l'organe de contact électrique n'étant notamment pas bloqué dans une gorge dudit au moins un des deux organes électriquement conducteurs. Ce mouvement relatif peut se produire en service, notamment en dehors des opérations d'insertion ou de déconnexion des deux organes électriquement conducteurs. Ce mouvement relatif peut par exemple permettre l'engagement ou le désengagement de l'organe de contact électrique par rapport à une gorge dudit au moins un des deux organes électriquement conducteurs. L'appareillage peut notamment être dans ce cas un appareillage électrique de coupure.

Grâce à l'invention, il est possible d'augmenter le nombre de points de contact entre l'organe de contact électrique et les organes électriquement conducteurs, notamment par une modification de la forme des organes électriquement conducteurs, en particulier des gorges recevant l'organe de contact électrique. L'augmentation du nombre de points de contact peut ainsi permettre d'obtenir une résistance électrique de l'organe de contact électrique la plus faible possible et une augmentation de l'effort de contact de l'organe de contact électrique qui le rend optimal.

L'appareillage électrique selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.

Le nombre de points de contact entre l'organe de contact électrique et les deux organes électriquement conducteurs peut être supérieur ou égal à 5, mieux 6, mieux encore 7, voire 8. Le nombre de points de contact entre 10 l'organe de contact électrique et un seul des deux organes électriquement conducteurs peut être supérieur ou égal à 2, mieux 3, mieux encore 4, voire 5. Lorsqu'observée en section, ladite au moins une gorge peut présenter sensiblement une forme de 15 demi-polygone, notamment d'un polygone régulier, et présenter au moins deux points de contact avec l'organe de contact électrique. L'un des organes électriquement conducteurs peut être dépourvu de gorge destinée à recevoir 20 l'organe de contact électrique. Au moins un des conducteurs peut comporter sensiblement lorsqu'observée en section une forme de demi-hexagone, de demi-octogone ou de demi-décagone, 25 voir de demi-polygone à n côtés. Les premier et deuxième organes électriquement conducteurs peuvent comporter respectivement des première et deuxième gorges destinées à recevoir l'organe de contact électrique, la 30 première gorge présentant sensiblement lorsqu'observée en section une forme de demi-hexagone, demi-octogone ou organes électriquement une gorge présentant demi-décagone, et la deuxième gorge présentant sensiblement lorsqu'observée en section une forme de demi-losange ou forme en V. A titre d'exemples, le premier organe 5 électriquement conducteur peut être dépourvu de gorge destinée à recevoir l'organe de contact électrique, et le deuxième organe électriquement conducteur peut comporter une gorge présentant sensiblement lorsqu'observée en section une forme de demi-décagone. 10 En variante, le premier organe électriquement conducteur peut comporter une gorge présentant sensiblement lorsqu'observée en section une forme de demi-losange ou forme en V, et le deuxième organe électriquement conducteur peut comporter une gorge 15 présentant sensiblement lorsqu'observée en section une forme de demi-décagone, ou une forme de demi-hexagone ou demi-octogone, voir de demi-polygone à n côtés. L'organe de contact électrique peut être replié sur lui-même à la façon d'un anneau. 20 L'organe de contact électrique peut être un organe ressort, formé d'un fil unique enroulé sur lui-même de manière à former une succession de spires. L'appareillage électrique peut être un appareillage électrique de coupure, notamment un 25 disjoncteur, un sectionneur, un contacteur ou un commutateur de charge. En variante, l'appareillage électrique peut être un jeu de barres conductrices.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 illustre, en coupe, un exemple de zone de contact d'un appareillage électrique selon l'art antérieur, et plus particulièrement la liaison entre un organe de contact électrique et deux organes électriquement conducteurs, et - les figures 2 à 4 illustrent, en coupe, des variantes de réalisation d'appareillages électriques conformes à l'invention.

Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Conformément à l'invention, l'augmentation du nombre de points de contact entre l'organe de contact électrique et les organes électriquement conducteurs peut permettre d'obtenir une réduction de la résistance électrique de l'organe de contact électrique.

En effet, la résistance électrique R d'une pièce, propriété de la pièce à ralentir le passage d'un courant électrique, est liée à la nature du matériau qui la constitue et à ses dimensions. Elle se calcule classiquement par la formule suivante : R = p x (L/S) (1), où . R est la résistance électrique en ohm (S)), p est la résistivité volumique du matériau en ohm-mètre (Q.m) , L est la longueur parcourue par le courant sur laquelle la résistance est calculée en mètre (m), et S est la section de passage du courant en mètre carré (m2 ) . La formule (1) peut permettre le calcul de la résistance électrique R pour des volumes. A un point de contact (ou point de striction) entre deux pièces, la résistance électrique R de contact (appelée résistance de constriction Rc) se calcule à l'aide de formules mathématiques qui tiennent compte de la géométrie du point de contact et des caractéristiques des matériaux des deux pièces. Dans un souci de simplification et de clarté, la résistance de constriction Rc peut se calculer à l'aide de la formule suivante : Rc = p/(2xa) (2) , où . Rc est la résistance de constriction en ohm (Q), p est la résistivité des matériaux au point de constriction en ohm-mètre (S).m), et a est le rayon du cercle de contact en mètre (m) (la zone de contact est approximée par un cercle). D'après la formule (2), on constate donc que plus la zone de contact est grande, plus la résistance électrique au point de contact est faible. En outre, la surface de la zone de contact 30 dépend fortement de la force de contact de façon proportionnelle. Plus la force de contact est grande, plus la surface de la zone de contact est grande. Par conséquent, pour diminuer la résistance électrique au point de contact, il est souhaitable d'augmenter la surface de la zone de contact, et donc d'augmenter le nombre de zones de constriction ou points de contact. Une telle augmentation des points de contact entre l'organe de contact électrique et les organes conducteurs peut notamment être obtenue par la création de gorges à plusieurs pentes, notamment par la création de gorges présentant en section une forme de demi-polygone à n côtés. En référence à la figure 1, on a illustré schématiquement, en coupe, un exemple de zone de contact d'un appareillage électrique 10 connu, et plus particulièrement la liaison entre un organe de contact électrique 3 et deux organes électriquement conducteurs 1 et 2. L'appareillage électrique 10 comporte ainsi un 20 premier organe conducteur 1 sous la forme d'une électrode et un deuxième organe conducteur 2 sous la forme d'une barre conductrice. L'appareillage électrique 10 comporte de plus un organe de contact électrique 3, notamment sous la 25 forme d'un organe ressort. L'électrode 1 présente en section une gorge 4 en V, notamment en forme de demi-hexagone, destinée à recevoir l'organe ressort 3, et la barre conductrice 2 est une barre cylindrique dépourvue de gorge. 30 Comme on peut le voir sur cette figure 1, l'organe ressort 3 est en compression entre les organes conducteurs 1 et 2 au niveau d'un unique point de contact P sur la barre conductrice 2 et au niveau de deux points de contact P sur l'électrode 1, soit un total de trois points de contact P.

Une telle configuration peut ne pas être suffisante pour permettre une réduction significative de la résistance électrique de effort de contact optimal conducteurs 1 et 2.

En référence aux figures 2 à 4, schématiquement, en coupe, des variantes on a illustré de réalisation l'organe ressort 3 et un sur les deux organes d'appareillages électriques 10 conformes à l'invention. Dans l'exemple de la figure 2, l'électrode 1 comporte une gorge présentant en section une forme de 15 V, ou encore une forme de demi-hexagone, alors que la barre conductrice 2 comporte une gorge V' sous la forme d'une entaille en V, ou encore une forme de demi-losange. L'appareillage électrique 10 de la figure 2 20 présente quatre points de contact P entre l'organe ressort 3 et l'électrode 1 et la barre conductrice 2. Par rapport à l'appareillage électrique 10 selon l'art antérieur de la figure 1, il peut permettre de diminuer par deux la résistance de constriction sur la barre 25 conductrice 2. La figure 3 diffère de la figure 1 par le fait que l'électrode 1 comporte une gorge V présentant en section une forme à multiple pentes, notamment une forme de demi-décagone. 30 Comparativement à l'appareillage électrique 10 de la figure 1 selon l'art antérieur, l'appareillage électrique 10 de la figure 3 présente cinq points de contact P entre l'organe ressort 3 et l'électrode 1 et la barre conductrice 2, et peut permettre de diminuer la résistance de constriction sur l'électrode 1 avec quatre points de contact P. Enfin, dans l'exemple de la figure 4, l'électrode 1 comporte une gorge V semblable à celle de l'électrode 1 de la figure 3, et la barre conductrice 2 comporte une gorge V' semblable à celle de la barre conductrice 2 de la figure 2. L'appareillage électrique 10 représenté partiellement sur la figure 4 présente ainsi six points de contact P entre l'organe ressort 3 et l'électrode 1 et la barre conductrice 2. Comparativement à l'appareillage électrique 10 de la figure 1, il peut permettre de diminuer la résistance de constriction sur l'électrode 1 avec quatre points de contact P et sur la barre conductrice 2 avec deux points de contact P. Dans l'ensemble des exemples décrits ci-dessus, l'organe conducteur 2 sous forme de barre conductrice est apte à se déplacer, en service, relativement à l'organe de contact électrique 3. En particulier, la gorge V' de l'organe conducteur 2 est agencée pour permettre un tel déplacement. Plus précisément, la forme de la gorge V' de l'organe conducteur 2 est adaptée à un déplacement, en service, de l'organe de contact électrique 3 relativement à cet organe conducteur 2. L'organe de contact électrique 3 n'est en particulier pas bloqué dans l'organe conducteur 2.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits.

Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier. L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Appareillage électrique (10) en haute tension comportant deux organes électriquement conducteurs (1,2), aptes à se déplacer l'un par rapport à l'autre en service, et un organe de contact électrique (3), apte à relier électriquement les deux organes électriquement conducteurs (1,2), l'organe de contact électrique (3) étant reçu dans au moins une gorge (V, V') ménagée dans au moins un des deux organes électriquement conducteurs (1,2), caractérisé en ce que le nombre de points de contact (P) entre l'organe de contact électrique (3) et les deux organes électriquement conducteurs (1,2) est supérieur ou égal à 4, et en ce qu'au moins un des deux organes électriquement conducteurs (1,2) est apte à se déplacer, en service, relativement à l'organe de contact électrique (3).
2. 2. Appareillage électrique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsqu'observée en section, ladite au moins une gorge (V, V') présente sensiblement une forme de demi-polygone, notamment d'un polygone régulier, et présente au moins deux points de contact (P) avec l'organe de contact électrique (3).
3. 3. Appareillage électrique (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'un (2) des organes électriquement conducteurs est dépourvu de gorge destinée à recevoir l'organe de contact électrique (3).
4. 4. Appareillage électrique (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des organes électriquement conducteurs (1,2) comporte une gorge (V,V') présentant sensiblement lorsqu'observée en section une forme de demi-hexagone, de demi-octogone ou de demi-décagone.
5. 5. Appareillage électrique (10) selon l'une 10 quelconque des revendications précédentes, hormis la revendication 3, caractérisé en ce que les premier (1) et deuxième (2) organes électriquement conducteurs comportent respectivement des première (V) et deuxième (V') gorges destinées à recevoir l'organe de contact 15 électrique (3), la première gorge (V) présentant sensiblement lorsqu'observée en section une forme de demi-hexagone, demi-octogone ou demi-décagone, et la deuxième gorge (V') présentant sensiblement lorsqu'observée en section une forme de demi-losange ou 20 forme en V.
6. 6. Appareillage électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de points de contact (P) entre 25 l'organe de contact électrique (3) et les deux organes électriquement conducteurs (1,2) est supérieur ou égal à 5.
7. 7. Appareillage électrique (10) selon l'une 30 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de points de contact (P) entrel'organe de contact électrique (3) et les deux organes électriquement conducteurs (1,2) est supérieur ou égal à 6.
8. 8. Appareillage électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de contact électrique (3) est un organe ressort, formé d'un fil unique enroulé sur lui-même de manière à former une succession de spires.
9. 9. Appareillage électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un appareillage électrique de coupure, notamment un disjoncteur, un sectionneur, un contacteur ou un commutateur de charge.
10. 10. Appareillage électrique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un jeu de barres conductrices.20