EP0887810B1 - Ferrure d'isolateur composite - Google Patents

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EP0887810B1
EP0887810B1 EP98401517A EP98401517A EP0887810B1 EP 0887810 B1 EP0887810 B1 EP 0887810B1 EP 98401517 A EP98401517 A EP 98401517A EP 98401517 A EP98401517 A EP 98401517A EP 0887810 B1 EP0887810 B1 EP 0887810B1
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bore
fitting
end fitting
wall
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Jean-Luc Bessede
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GEC Alsthom T&D SA
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/38Fittings, e.g. caps; Fastenings therefor
    • H01B17/40Cementless fittings

Definitions

  • the invention relates to the fixing of fittings on the ends of a tube. made of composite material (glass fibers / epoxy) and more particularly on ends of a hollow shell of electrical insulator with composite structure.
  • a fitting comprises a metal body, for example of an aluminum alloy, having a generally cylindrical bore forming a sleeve in which is inserted and glued one end of the barrel of the electrical insulator. She serves means, anchoring for the electrical insulator:
  • the bores presented in these documents are strictly frustoconical, the space between the wall of a bore and an insulator bar is occupied by an adhesive.
  • This guy bore is not optimal to limit the shear stresses in the adhesive and does not does not eliminate the risk of projection of the fitting if the bar forming the support is replaced by a hollow barrel.
  • the object of the invention is to propose a solution to obtain an improved fixing.
  • a fitting on a hollow barrel of electrical insulator in particular a fixing which provides a good tightness and which does not present a risk of separation at temperatures of use of the insulator above 60 ° C.
  • the invention relates to a fitting for closing one end of a barrel hollow of an electrical insulator with composite structure, this fitting comprising a body in which is formed a bore which forms a sleeve for said barrel and which has a opening and a bottom, the diameter of said opening being less than the diameter of said bottom, the wall of said bore being approximately frustoconical in shape to leave a space which has a variable distance between this wall and a cylindrical surface corresponding to the surface exterior of said barrel, characterized in that said wall has an annular bulge towards the interior of said bore such that said gap continuously increases non-linearly from said opening towards said bottom, the maximum value R of this difference depending on the height H of said bore according to the relationship 0.2% ⁇ R / H ⁇ 20%.
  • this fitting can be hooped around one end of the insulator barrel. by thermal shrinkage, and the fitting of the fitting on the end of the barrel can be reinforced with glue.
  • the invention also relates to a method of closing an electrical insulator by hooping using such a fitting, in which the barrel of the insulator is cooled and the fitting is heated to a temperature above 60 ° C.
  • the fitting 1 is shown in an axial half-section longitudinal.
  • This fitting is intended to be fixed on one end of a barrel hollow in composite material of a composite electrical insulator.
  • a metal body 2 for example of an aluminum alloy, in which is machined a bore 3.
  • the bore 3 forms a sleeve intended to receive the end of the barrel which extends along the longitudinal axis 4 of the barrel.
  • the bore 3 has a wall 5 of substantially frustoconical shape which widens from the opening of the bore indicated by O towards the bottom of the bore indicated by F.
  • this wall 5 also has an annular bulge directed towards the inside of the bore.
  • the surface wall 5 complex of the bore is actually between a TR surface strictly frustoconical defined by the generator passing through points A and B and a strictly cylindrical surface CO defined by the generator passing through the points A and C, this cylindrical surface corresponding to the external surface cylindrical barrel 6 of the insulator.
  • the wall of the bore of the fitting according to the invention provides increased pull-out resistance due to of its frustoconical shape.
  • the annular bulge of the wall of the bore allows compared to a strictly frustoconical wall, to have a less constrained assembly and better distribution of stresses on the entire surface of the fitting / drum interface.
  • the complex surface of the wall of bore 3 is determined according to a finite element calculation method.
  • a finite element calculation method is implemented for example in the software 'ANSYS', version 5.2 sold by the company ANSYS Inc.
  • the temperatures assigned to the ring (T1) and to the tube (T2) are different and correspond to the temperatures used during the shrinking operation of the fitting on the insulator barrel.
  • T1 is greater than 60 ° C and T2 is less than or equal to room temperature.
  • the temperature T3 being lower than the temperature T1
  • the model ring tightens on the model tube which generates a certain deformation of the lower part of it.
  • the shape of the tube model in its lower part is then used to define by modeling the bulging frustoconical surface of the bore of the fitting such that at any temperature less than or equal to T3, there is a compression constraint at the interface tube / fitting uniformly distributed along this interface.
  • the manufacture of a composite electrical insulator with a fitting according to the invention is carried out as follows.
  • the hollow barrel is made for example by a known technique of filament winding of glass fibers impregnated with resin.
  • the filament winding is cut off and the ends of the section are machined to obtain a barrel 6 of insulator whose ends have a certain outside diameter.
  • Each fitting 1 is produced by molding, machining or the like in such a way that it has a bore 3 with a complex swollen surface as indicated above, the opening of the bore being however dimensioned to have a substantially larger diameter small than the outside diameter of the end of the barrel to which the fitting.
  • the fitting is heated until the opening of the bore thereof is sufficiently dilated to allow insertion of the end of the barrel.
  • the end of the barrel is glued.
  • the fitting tightens on the end of the barrel.
  • the fitting is therefore shrunk onto the barrel by thermal shrinkage.

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  • Insulating Bodies (AREA)
  • Insulators (AREA)
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  • Graft Or Block Polymers (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Description

L'invention concerne la fixation de ferrures sur les extrémités d'un tube en matériau composite (fibres de verre/époxy) et plus particulièrement sur les extrémités d'un fût creux d'isolateur électrique à structure composite. Une telle ferrure comprend un corps métallique, par exemple en un alliage d'aluminium, ayant un alésage de forme généralement cylindrique formant un manchon dans lequel est insérée et collée une extrémité du fût de l'isolateur électrique. Elle sert de moyen, d'ancrage pour l'isolateur électrique:
On a constaté avec ce genre d'isolateurs, que lorsqu'ils sont utilisés à des températures relativement élevées, c'est-à-dire au dessus de 60°C, la colle ou la résine qui sert à la fixation de la ferrure sur l'extrémité du fût flue et perd ses caractéristiques mécaniques, en particulier sa tenue à la traction. Par conséquent, la ferrure peut se désolidariser du fût de l'isolateur et être projetée à grande vitesse ce qui est dangereux.
Le problème de la solidité de la fixation d'une ferrure sur un support d'isolateur a déjà été traité dans l'art antérieur mais pour des isolateurs dont le support est un barreau plein à la placé du fût creux évoqué ci-dessus. Ceci a aboutit à la conception de ferrures avec un alésage de forme tronconique comme divulgué dans les documents de brevet japonais N° JP8036925 et N° JP8036927.
Les alésages présentés dans ces documents sont de forme strictement tronconique, l'espace entre la paroi d'un alésage et un barreau d'isolateur est occupé par une colle. Ce type d'alésage n'est toutefois pas optimal pour limiter les contraintes de cisaillement dans la colle et ne permet pas d'écarter le risque de projection de la ferrure si le barreau formant support est remplacé par un fût creux.
Il est d'autre part connu du brevet FR 2 357 993 un capot de fermeture pour isolateur électrique tubulaire, comportant un alésage de forme approximativement tronconique s'évasant vers le fond. A son extrémité ouverte, cet alésage présente un diamètre sensiblement supérieur à celui du fût de l'isolateur, de sorte qu'un espace ouvert est ménagé entre l'alésage et le fût de façon à pouvoir couler un ciment destiné à sceller le capot sur ce fût. L'isolateur est destiné à être rempli d'une mousse rigide de résine synthétique, et le capot n'est pas conçu pour procurer une fixation et une étanchéité satisfaisantes si l'isolateur devait contenir un gaz sous pression.
Il est enfin connu du brevet DE 1 092 976 une ferrure vissée indirectement à l'extrémité d'un fût d'un isolateur en porcelaine. L'alésage de cette ferrure comporte des stries pour le vissage sur une pièce intermédiaire, laquelle comporte une zone élastique et est vissée directement sur l'extrémité du fût. Ce type de fermeture ne peut procurer une étanchéité satisfaisante si la porcelaine du fût est remplacée par un matériau composite, en particulier lorsque la pression du gaz diélectrique dans le fût est importante.
Le but de l'invention est de proposer une solution pour obtenir une fixation améliorée d'une ferrure sur un fût creux d'isolateur électrique, en particulier une fixation qui procure une bonne étanchéité et qui ne présente pas de risque de désolidarisation à des températures d'utilisation de l'isolateur supérieures à 60°C.
A cet effet, l'invention a pour objet une ferrure pour la fermeture d'une extrémité d'un fût creux d'un isolateur électrique à structure composite, cette ferrure comprenant un corps dans lequel est ménagé un alésage qui forme un manchon pour ledit fût et qui comporte une ouverture et un fond, le diamètre de ladite ouverture étant inférieur au diamètre dudit fond, la paroi dudit alésage étant de forme approximativement tronconique pour laisser un espace qui présente un écart variable entre cette paroi et une surface cylindrique correspondant à la surface extérieure dudit fût, caractérisée en ce que ladite paroi présente un renflement annulaire vers l'intérieur dudit alésage tel que ledit écart augmente continûment de façon non linéaire depuis ladite ouverture vers ledit fond, la valeur maximale R de cet écart dépendant de la hauteur H dudit alésage suivant la relation 0,2%<R/H<20%.
Avantageusement, cette ferrure peut être frettée autour d'une extrémité du fût de l'isolateur par un rétreint thermique, et la fixation de la ferrure sur l'extrémité du fût peut être renforcée avec de la colle.
L'invention a aussi pour objet un procédé de fermeture d'un isolateur électrique par frettage à l'aide d'une telle ferrure , dans lequel le fût de l'isolateur est refroidi et la ferrure est chauffée à une température supérieure à 60°C.
Un exemple de réalisation de l'invention est décrit en détail ci-après en relation avec la figure unique qui montre en coupe partielle longitudinale, une ferrure selon l'invention fixée sur l'extrémité d'un fût d'isolateur composite.
Sur cette figure, la ferrure 1 est montrée suivant une demi-coupe axiale longitudinale. Cette ferrure est destinée à être fixée sur une extrémité d'un fût creux en matériau composite d'un isolateur électrique composite. Elle comprend un corps métallique 2, par exemple en un alliage d'aluminium, dans lequel est usiné un alésage 3. L'alésage 3 forme un manchon destiné à recevoir l'extrémité du fût qui s'étend suivant l'axe longitudinal 4 du fût.
L'alésage 3 présente une paroi 5 de forme sensiblement tronconique qui s'évase en allant de l'ouverture de l'alésage indiquée par O vers le fonds de l'alésage indiquée par F.
Selon l'invention, cette paroi 5 présente en outre un renflement annulaire dirigé vers l'intérieur de l'alésage. Comme montré sur cette figure, la surface complexe de la paroi 5 de l'alésage se situe en fait entre une surface TR strictement tronconique définie par la génératrice passant par les points A et B et une surface strictement cylindrique CO définie par la génératrice passant par les points A et C, cette surface cylindrique correspondant à la surface extérieure cylindrique du fût 6 de l'isolateur.
Par rapport à une paroi strictement cylindrique, la paroi de l'alésage de la ferrure selon l'invention procure une résistance accrue à l'arrachement en raison de sa forme tronconique. En outre, le renflement annulaire de la paroi de l'alésage, permet par rapport à une paroi strictement tronconique, d'avoir un assemblage moins contraint et une meilleure répartition des sollicitations sur toute la surface de l'interface ferrure/fût.
La surface complexe de la paroi de l'alésage 3 est déterminée suivant une méthode de calcul par éléments finis. Une telle méthode est implémentée par exemple dans le logiciel 'ANSYS', version 5.2 vendu par la société ANSYS Inc. Avec ce logiciel, on réalise une première modélisation du contact sans contrainte d'un anneau métallique modèle monté sur la partie basse d'un tube modèle ayant les caractéristiques mécaniques du fût de l'isolateur. Les températures affectées à l'anneau (T1) et au tube (T2) sont différentes et correspondent aux températures utilisées lors de l'opération de frettage de la ferrure sur le fût de l'isolateur. En particulier T1 est supérieure à 60°C et T2 est inférieure ou égale à la température ambiante. Par calcul; la température des deux pièces est amenée à une température T3 au moins égale à la température d'utilisation de l'isolateur concerné. La température T3 étant inférieure à la température T1, l'anneau modèle se resserre sur le tube modèle ce qui engendre une certaine déformation de la partie basse de celui-ci. La forme prise par le tube modèle dans sa partie basse est alors exploitée pour définir par modélisation la surface tronconique renflée de l'alésage de la ferrure telle qu'à toute température inférieure ou égale à T3, il existe une contrainte de compression à l'interface tube/ferrure uniformément répartie le long de cette interface.
On peut remarquer que cette surface complexe de l'alésage de la ferrure vérifie les caractéristiques suivantes en se référant à la figure :
  • l'écart δ entre la surface CO et la surface S de la paroi de l'alésge 3 augmente de façon non linéaire lorsqu'on se déplace du point A vers le point B,
  • le point A est en retrait du point B par rapport à l'axe 4 d'une valeur R qui dépend de la hauteur H de l'alésage suivant la relation 0,2%<R/H<20%.
La fabrication d'un isolateur électrique composite avec une ferrure selon l'invention s'effectue de la façon suivante. Le fût creux est réalisé par exemple par une technique connue d'enroulement filamentaire de fibres de verre imprégnées de résine. L'enroulement filamentaire est tronçonné et les extrémités du tronçon sont usinées pour obtenir un fût 6 d'isolateur dont les extrémités présentent un certain diamètre extérieur. Chaque ferrure 1 est réalisée par moulage, usinage ou analogue de telle façon qu'elle présente un alésage 3 avec une surface complexe renflée comme indiquée ci-dessus, l'ouverture de l'alésage étant toutefois dimensionnée pour avoir un diamètre sensiblement plus petit que le diamètre extérieur de l'extrémité du fût sur laquelle doit être fixée la ferrure.
La ferrure est chauffée jusqu'à ce que l'ouverture de l'alésage de celle-ci soit suffisamment dilatée pour permettre l'insertion de l'extrémité du fût. Avant d'être insérée dans la ferrure, l'extrémité du fût est encollée. En se refroidissant à la température ambiante, la ferrure se resserre sur l'extrémité du fût. La ferrure est donc frettée sur le fût par un rétreint thermique.
En variante, on peut prévoir de rétreindré tharmiquement le fût de l'isolateur avant de l'insérer dans la ferrure, par exemple en le plongeant dans l'azote liquide. On peut aussi combiner un rétreint thermique du fût de l'isolateur et une dilatation de l'alésage de la ferrure avant leur assemblage.
Comme déjà indiqué plus haut, on obtient une répartition homogène des sollicitations le long: de l'interface ferrure/fût et seulement une fine couche de colle subsiste au niveau de cette interface ce qui contribue à limiter les contraintes de cisaillement dans la colle.

Claims (6)

  1. Une ferrure destinée à être fixée sur une extrémité d'un fût creux (6) d'un isolateur électrique à structure composite, comprenant un corps (2) dans lequel est ménagé un alésage (3) qui forme un manchon pour ledit fût, la paroi (S) dudit alésage étant de forme approximativement tronconique pour laisser un espace qui présente un écart (δ) variable entre cette paroi et une surface cylindrique (CO) correspondant à la surface extérieure dudit fût, caractérisée en ce que ladite paroi (S) présente un renflement annulaire vers l'intérieur dudit alésage (3) tel que ledit écart (δ) augmente continûment de façon non linéaire, la valeur maximale (R) de cet écart dépendant de la hauteur (H) dudit alésage suivant la relation 0,2%<R/H<20%.
  2. Un isolateur électrique à structure composite, comprenant un fût creux (6) à structure composite dont au moins une extrémité comporte une ferrure selon la revendication 1.
  3. Un isolateur électrique selon la revendication 2 dans lequel ladite ferrure est frettée autour d'une extrémité dudit fût (6) par un rétreint thermique.
  4. Un isolateur électrique selon l'une des revendications 2 et 3 dans lequel la fixation de ladite ferrure sur l'extrémité du fût (6) est renforcée avec de la colle.
  5. Un isolateur électrique selon la revendication 4 dans lequel l'espace entre la paroi (S) de l'alésage et la surface extérieure dudit fût est entièrement occupé par la colle.
  6. Procédé de fixation d'une ferrure selon la revendication 1 sur un isolateur électrique selon la revendication 3 dans lequel le fût (6) de l'isolateur est refroidi et ladite ferrure est chauffée à une température supérieure à 60°C pour l'opération de frettage.
EP98401517A 1997-06-26 1998-06-22 Ferrure d'isolateur composite Expired - Lifetime EP0887810B1 (fr)

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