EP1471542B1 - Isolateur de suspension avec un bouchon d'étanchéité - Google Patents

Isolateur de suspension avec un bouchon d'étanchéité Download PDF

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EP1471542B1
EP1471542B1 EP04300193A EP04300193A EP1471542B1 EP 1471542 B1 EP1471542 B1 EP 1471542B1 EP 04300193 A EP04300193 A EP 04300193A EP 04300193 A EP04300193 A EP 04300193A EP 1471542 B1 EP1471542 B1 EP 1471542B1
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/02—Suspension insulators; Strain insulators

Definitions

  • the invention relates to suspension insulators, more particularly so-called hood and stem insulators, comprising an insulating skirt made of a dielectric material such as tempered glass or porcelain having a lower part in which a rod is fixed with a binder based on cement, and a metal sacrificial ring including zinc in contact with the binder and surrounding the rod.
  • a dielectric material such as tempered glass or porcelain having a lower part in which a rod is fixed with a binder based on cement
  • a metal sacrificial ring including zinc in contact with the binder and surrounding the rod.
  • suspension isolators are intended to be assembled together to form chains of insulators used as supports for high and medium voltage power lines. They can be subjected to very severe climatic conditions like a particularly humid environment in tropical zone.
  • Such a hood and rod insulator by its manufacturing process, has a play between the inside of the skirt, the binder and the rod.
  • water penetrating interstices formed between the insulating skirt, the binder and the rod promotes the passage of leakage currents along these interstices.
  • a zinc ring 5 acting as a sacrificial electrode around the rod, in contact with the binder 4, as shown in FIG. 1, the corrosion taking place on the surface of the zinc ring.
  • the sacrificial zinc ring 5 prevents corrosion of the rod 3 at the precise location where it is disposed but has a short life and is inefficient in the area of the rod unprotected by the ring.
  • the object of the invention is to overcome these disadvantages to further extend the service life of the components of the suspension insulator.
  • the subject of the invention is a suspension isolator comprising an insulating skirt made of toughened glass or porcelain, having a lower part in which a rod is fixed by a cement-based binder, and a zinc sacrificial ring in which contact with the binder and surrounding the rod, characterized in that an annular plug of electrically conductive material is disposed between the insulating skirt and the sacrificial ring, so as to provide a seal preventing the flow of leakage currents in the binder.
  • the conductive plug prevents moisture penetration into the lower part of the skirt, preserving the components of the insulator from any degradation, particularly in a humid environment.
  • the conductive plug and the ring have an annular contact surface height between 5 and 10 mm. This contributes to obtaining a reactive surface area of the sacrificial ring that is fairly large, thus increasing its service life.
  • the binder partially overlaps the sacrificial ring, so that the surface leakage current of the binder attacks the ring.
  • the material used for the conductive plug is a material flexible, so that it adapts to the dimensional variations of the different elements of the insulator, thus ensuring a perfect seal of the device.
  • the conductive material is for example an elastomer loaded with electrically conductive particles which may be deposited by injection, in particular an elastomer loaded with carbon particles.
  • Figure 1 shows in axial sectional view a suspension isolator of the prior art comprising a zinc sacrificial ring disposed around the rod.
  • Figure 2 shows in axial sectional view a suspension isolator of the prior art comprising a conductive ring partially embedded in the binder and surrounding the rod.
  • Figure 3 shows in axial sectional view a suspension insulator according to the invention.
  • Figure 4 illustrates a method of manufacturing an insulator according to the invention.
  • FIG. 3 partially shows a suspension insulator according to the invention comprising an electrically insulating skirt 1, made of toughened glass or porcelain, having a head capped with a metal cap 2 and a lower part forming a socket in which is sealed a rod metallic 3.
  • the metal rod 3 of an insulator and the metal cap 2 of another insulator are connected to each other to form a chain of insulators.
  • Zinc is used because its anodic properties are better than those of the steel of the rod 3.
  • the corrosion due to the presence of leakage currents therefore occurs first on the ring 5.
  • these leakage currents can always pass between the binder 4 and the rod 3, resulting in the corrosion of the rod and the formation of iron oxide in this gap. This results in an abnormal radial expansion of the insulator until the explosion of the head of the insulating skirt.
  • an electrically conductive annular plug 7 is arranged, as shown in FIG. 3, between the zinc ring 5 and the skirt 1 while being in contact with the binder 4.
  • the conductive characteristic of the plug serves to deflect the leakage currents, which are represented in FIG. 3 by an arrow C, along the lower part of the insulating skirt as in the case of the conductive ring.
  • the plug 7 provides a seal on the top of the binder 4 between the skirt 1 and the sacrificial ring 5 to prevent any penetration of moisture into the interstices between the binder 4 and the insulating skirt 1 and between the binder 4 and the rod 3. This seal contributes to concentrating the phenomena of chemical corrosion and electrochemical corrosion on the sacrificial ring 5.
  • the increase in the service life of the zinc sacrificial ring 5 is obtained by increasing the contact area between the conductive plug 7 and the sacrificial ring 5.
  • the height of this annular contact surface is between 5 and 10 mm.
  • the lower part of the binder 4 partially overlaps the sacrificial ring 5, so that the surface leakage current of the binder attacks the ring.
  • the material used for the conductive ring plug 7 is preferably a flexible material which adapts to the dimensional variations of the different elements of the insulator.
  • the flexible material is preferably an elastomer loaded with electrically conductive particles, especially carbon particles.
  • the cross section of the annular cap 7 may be constant or not, of rectangular shape or other.
  • the elastomer is injected around the rod on top of the binder.
  • the injection can be carried out at ambient temperature, as illustrated in FIG. 4, by means of a nozzle 8 discharging the pasty elastomer, contained in a volumetric pump 9, on the top of the binder, the insulator having previously was rotated axially along the axis A of the rod 3 being positioned with the head down.
  • This positive displacement pump is fed by pistons making the mixture of the components of the elastomer.
  • the sealing plug of the insulator according to the invention makes it possible to extend the life of the insulator by a duration substantially equal to the service life of the sealing plug.

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  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)
  • Cable Accessories (AREA)
  • Insulating Bodies (AREA)

Description

  • L'invention concerne les isolateurs de suspension, plus particulièrement les isolateurs dits à capot et tige, comprenant une jupe isolante en un matériau diélectrique tel que le verre trempé ou la porcelaine ayant une partie inférieure dans laquelle est fixée une tige par un liant à base de ciment, et une bague sacrificielle métallique notamment en zinc en contact avec le liant et entourant la tige.
  • De tels isolateurs de suspension sont destinés à être assemblés les uns aux autres pour constituer des chaînes d'isolateurs utilisées comme supports pour les lignes électriques haute et moyenne tension. Ils peuvent être soumis à des conditions climatiques très sévères comme un environnement particulièrement humide en zone tropicale.
  • Un tel isolateur à capot et tige, de par son procédé de fabrication, présente un jeu entre l'intérieur de la jupe, le liant et la tige. En environnement humide, l'eau en pénétrant dans des interstices qui se forment entre la jupe isolante, le liant et la tige, favorise le passage de courants de fuite le long de ces interstices.
  • Ces courants de fuite sont à l'origine d'une attaque de la tige par corrosion chimique et corrosion électrochimique. La corrosion de la tige a pour effet d'affaiblir mécaniquement la tige et, de plus, la formation d'oxyde de fer autour de la tige crée des contraintes d'expansion de la jupe pouvant conduire à l'explosion de l'isolateur.
  • Dans un isolateur de suspension connu du brevet GB 1025 554 , la corrosion de la tige 3 a été partiellement évitée en disposant une bague de zinc 5 jouant un rôle d'électrode sacrificielle autour de la tige, en contact avec le liant 4, comme montré sur la figure 1, la corrosion ayant lieu sur la surface de la bague de zinc. Dans une telle structure, la bague sacrificielle en zinc 5 empêche la corrosion de la tige 3 à l'endroit précis où elle est disposée mais a une courte durée de vie et est inefficace dans la zone de la tige non protégée par la bague.
  • Une alternative pour remédier à cet inconvénient a été proposée dans une demande de brevet japonais, déposée sous le numéro JP2002216559 , comme montré sur la figure 2, qui consiste à remplacer la bague de zinc 5 disposée en périphérie de la tige 3 en contact avec le liant 4 par un anneau conducteur 6 en zinc. L'anneau conducteur 6 est disposé autour de la tige en étant encastré en partie dans le liant 4 et en étant presque au contact de la tige 3 et de la jupe isolante 1. Dans un tel isolateur, les courants de fuite sont canalisés dans l'anneau conducteur 6, ce qui limite les courants de fuite entre le liant 4 et la tige 3 et minimise donc les risques de corrosion de la tige, l'anneau conducteur en zinc jouant par ailleurs le rôle d'électrode sacrificielle. Dans un tel dispositif, si la durée de vie de la tige est allongée par détournement des courants de fuite, les imperfections de scellement inhérentes au procédé de fabrication impliquent la subsistance de courants de fuite minimes entre le liant 4 et la tige 3, conduisant toujours à la dégradation de l'isolateur.
  • Une autre alternative pour remédier à cet inconvénient a été proposée dans le brevet US 4 559 414 dans lequel une bague sacrificielle entoure la tige à la limite du liant et une pellicule d'isolation électrique, faite en résine synthétique, est contrecollée sur la surface de la tige enfouie dans le liant et sur une partie de la bague sacrificielle, de sorte que la bague sacrificielle subit toute la corrosion et protège la tige. Dans un tel dispositif, la bague sacrificielle à une courte durée de vie et le courant de fuite traverse toujours le liant.
  • Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients pour allonger davantage la durée de vie des composants de l'isolateur de suspension.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un isolateur de suspension comprenant une jupe isolante en verre trempé ou en porcelaine, ayant une partie inférieure dans laquelle est fixée une tige par un liant à base de ciment, et une bague sacrificielle en zinc en contact avec le liant et entourant la tige, caractérisé en ce qu'un bouchon annulaire en matériau conducteur électriquement est disposé entre la jupe isolante et la bague sacrificielle, de telle manière à réaliser une étanchéité empêchant le cheminement de courants de fuite dans le liant.
  • Par conséquent, dans l'isolateur selon l'invention, le bouchon conducteur empêche toute pénétration d'humidité dans la partie inférieure de la jupe, préservant les composants de l'isolateur de toute dégradation, particulièrement en milieu humide.
  • Selon un mode de réalisation particulier de l'isolateur selon l'invention, le bouchon conducteur et la bague ont une surface de contact annulaire de hauteur comprise entre 5 et 10 mm. Ceci contribue à obtenir une surface réactive de la bague sacrificielle assez étendue augmentant ainsi sa durée de vie.
  • Selon un autre mode de réalisation particulier de l'isolateur selon l'invention, le liant chevauche partiellement la bague sacrificielle, de sorte que le courant de fuite en surface du liant attaque la bague.
  • Selon encore un autre mode de réalisation particulier de l'isolateur selon l'invention, le matériau utilisé pour le bouchon conducteur est un matériau souple, de telle sorte qu'il s'adapte aux variations dimensionnelles des différents éléments de l'isolateur, assurant ainsi une parfaite étanchéité du dispositif. Le matériau conducteur est par exemple un élastomère chargé avec des particules conductrices électriquement qui pourront être déposé par injection, notamment un élastomère chargé avec des particules de carbone.
  • L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous.
  • La figure 1 montre en coupe partielle axiale un isolateur de suspension de l'art antérieur comprenant une bague sacrificielle en zinc disposée autour de la tige.
  • La figure 2 montre en coupe partielle axiale un isolateur de suspension de l'art antérieur comprenant un anneau conducteur encastré partiellement dans le liant et entourant la tige.
  • La figure 3 montre en coupe partielle axiale un isolateur de suspension selon l'invention.
  • La figure 4 illustre un procédé de fabrication d'un isolateur selon l'invention.
  • La figure 3 montre partiellement un isolateur de suspension selon l'invention comprenant une jupe isolante électriquement 1, en verre trempé ou en porcelaine, ayant une tête coiffée d'un capot métallique 2 et une partie inférieure formant une douille dans laquelle est scellée une tige métallique 3.
  • La tige métallique 3 d'un isolateur et le capot métallique 2 d'un autre isolateur sont raccordés l'un à l'autre pour constituer une chaîne d'isolateurs.
  • La tige 3, par exemple en acier, est scellée dans la partie inférieure de la jupe isolante 1 par un liant 4 réalisé à base de ciment. Une bague 5, de préférence en zinc, est disposée autour de la tige 3 et est en contact avec le liant 4. On utilise du zinc parce que ses propriétés anodiques sont meilleures que celles de l'acier de la tige 3. La corrosion due à la présence de courants de fuite s'opère donc d'abord sur la bague 5. Cependant ces courants de fuite peuvent toujours passer entre le liant 4 et la tige 3, entraînant la corrosion de la tige et la formation d'oxyde de fer dans cet interstice. Il en résulte une expansion radiale anormale de l'isolateur jusqu'à l'explosion de la tête de la jupe isolante. L'anneau conducteur 6 utilisé pour dévier ces courants de fuite, comme montré sur la figure 2, est efficace pour limiter les risques de corrosion de la tige 3 et donc d'explosion de l'isolateur, mais l'infiltration de l'eau n'est pas évitée dans les interstices entre le liant 4 et la jupe isolante 1 et entre le liant 4 et la tige 3. Des courants de fuite minimes peuvent ainsi conduire à la dégradation des éléments de l'isolateur.
  • Selon l'invention, un bouchon annulaire électriquement conducteur 7 est disposé, comme présenté sur la figure 3, entre la bague de zinc 5 et la jupe 1 en étant en contact avec le liant 4.
  • La caractéristique conductrice du bouchon sert à dévier les courants de fuite, qui sont représentés sur la figure 3 par une flèche C, le long de la partie inférieure de la jupe isolante comme dans le cas de l'anneau conducteur.
  • De plus, le bouchon 7 assure une étanchéité sur le dessus du liant 4 entre la jupe 1 et la bague sacrificielle 5 pour empêcher toute pénétration d'humidité dans les interstices entre le liant 4 et la jupe isolante 1 et entre le liant 4 et la tige 3. Cette étanchéité contribue à concentrer les phénomènes de corrosion chimique et de corrosion électrochimique sur la bague sacrificielle 5.
  • L'augmentation de la durée de vie de la bague sacrificielle en zinc 5 est obtenue en augmentant la surface de contact entre le bouchon conducteur 7 et la bague sacrificielle 5. La hauteur de cette surface de contact annulaire est comprise entre 5 et 10 mm.
  • Comme visible sur la figure 3, la partie inférieure du liant 4 chevauche partiellement la bague sacrificielle 5, de sorte que le courant de fuite en surface du liant attaque la bague.
  • Le matériau utilisé pour le bouchon annulaire conducteur 7 est de préférence un matériau souple qui s'adapte aux variations dimensionnelles des différents éléments de l'isolateur. Le matériau souple est de préférence un élastomère chargé avec des particules conductrices électriquement, notamment des particules de carbone. La section transversale du bouchon annulaire 7 peut être constante ou non, de forme rectangulaire ou autre.
  • Après assemblage de la tige 3, avec sa bague 5 préalablement coulée, sur la jupe 1 par application du liant 4, l'élastomère est injecté autour de la tige sur le dessus du liant. L'injection peut se faire à température ambiante, comme illustré sur la figure 4, par l'intermédiaire d'une buse 8 déversant l'élastomère pâteux, contenu dans une pompe volumétrique 9, sur le dessus du liant, l'isolateur ayant auparavant été mis en rotation de façon axiale selon l'axe A de la tige 3 en étant positionné avec la tête en bas. Cette pompe volumétrique est alimentée par des pistons réalisant le mélange des composants de l'élastomère.
  • D'une application simple et économique, le bouchon d'étanchéité de l'isolateur selon l'invention permet de prolonger la durée de vie de l'isolateur d'une durée sensiblement égale à la durée de vie du bouchon d'étanchéité.

Claims (8)

  1. Isolateur de suspension comprenant une jupe isolante (1) en un matériau diélectrique ayant une partie inférieure dans laquelle est fixée une tige (3) par un liant (4) à base de ciment, et une bague sacrificielle métallique (5) en contact avec le liant et entourant la tige, caractérisé en ce qu'un bouchon annulaire en matériau conducteur électriquement (7) est disposé entre la jupe isolante (1) et la bague sacrificielle (5), de telle manière à réaliser une étanchéité empêchant le cheminement de courants de fuite dans le liant (4).
  2. Isolateur selon la revendication 1, dans lequel le bouchon conducteur (7) et la bague sacrificielle (5) ont une surface de contact annulaire de hauteur comprise entre 5 et 10 mm.
  3. Isolateur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le liant (4) chevauche partiellement la bague sacrificielle (5).
  4. Isolateur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le matériau utilisé pour le bouchon conducteur est un matériau souple.
  5. Isolateur selon la revendication 4, dans lequel le matériau conducteur est un élastomère chargé avec des particules conductrices électriquement.
  6. Isolateur selon la revendication 5, dans lequel les particules conductrices électriquement sont des particules de carbone.
  7. Chaîne d'isolateurs de suspension comprenant une pluralité d'isolateurs de suspension selon l'une des revendications 1 à 6.
  8. Procédé pour fabriquer un isolateur :de suspension selon l'une des revendications 1 à 6, consistant à former le bouchon annulaire par injection d'une matière élastomère autour de la tige (3) et sur le dessus du liant (4) pendant une rotation axiale de l'isolateur.
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