EP1700325B1 - Organe de contact electrique pour appareillage electrique en moyenne ou haute tension, procede et appareillage correspondants - Google Patents

Organe de contact electrique pour appareillage electrique en moyenne ou haute tension, procede et appareillage correspondants Download PDF

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EP1700325B1
EP1700325B1 EP04817609A EP04817609A EP1700325B1 EP 1700325 B1 EP1700325 B1 EP 1700325B1 EP 04817609 A EP04817609 A EP 04817609A EP 04817609 A EP04817609 A EP 04817609A EP 1700325 B1 EP1700325 B1 EP 1700325B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact member
electrical contact
coating layer
base layer
electrical
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP04817609A
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German (de)
English (en)
Other versions
EP1700325A1 (fr
Inventor
Jean-Luc Bessede
Pierre Giannini
Oana Visata
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Grid Solutions SAS
Original Assignee
Areva T&D SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Areva T&D SAS filed Critical Areva T&D SAS
Publication of EP1700325A1 publication Critical patent/EP1700325A1/fr
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Publication of EP1700325B1 publication Critical patent/EP1700325B1/fr
Not-in-force legal-status Critical Current
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/58—Electric connections to or between contacts; Terminals
    • H01H1/5833—Electric connections to or between contacts; Terminals comprising an articulating, sliding or rolling contact between movable contact and terminal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H01H1/38—Plug-and-socket contacts
    • H01H1/385—Contact arrangements for high voltage gas blast circuit breakers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials

Definitions

  • the present invention relates to an electrical contact member for electrical equipment in medium or high voltage, a method of manufacturing such a member, and an electrical equipment in medium or high voltage provided with at least one such body.
  • Mean or high voltage means a voltage greater than about 1000 Volts.
  • the invention finds application in two main types of electrical equipment.
  • such a mobile type apparatus comprises a contact assembly, which is provided with two respectively fixed and movable members.
  • the movable member can thus be moved, relative to the fixed member, between a contact position and a separate position or cutoff.
  • Each member is provided, first of all, with a respective arc contact element.
  • these bodies respectively fixed and movable, are provided with permanent contacts, which provide electrical continuity, especially in the closed position.
  • connection piece which usually passes through the casing of the device, so as to be connected to an external power line. In use, it is necessary to maintain electrical contact between this connection piece and the aforementioned movable member, regardless of the position of the latter.
  • This electrical continuity is provided by an electrical contact member, also covered by the invention.
  • the invention is also applicable to electrical equipment of a generally static type.
  • it includes a set of busbars.
  • the present invention relates to an electrical contact member, which is able to connect electrically in series two conductive members belonging to an electrical apparatus in medium or high voltage.
  • the two bodies considered are likely to move relative to each other because of either the nature of the electrical equipment, or the operating contingencies of this equipment.
  • FR-A-0 334 094 discloses a rolling contact member of elastic nature.
  • the dimensions of this hollow organ, which is deformable, are such that it is slightly crushed between the two movable members, which it electrically connects. This therefore makes it possible to exert a mechanical pressure, ensuring the desired electrical contact.
  • an electrical contact member having a finger shape which is made of a material having both low resistivity and good corrosion resistance.
  • These include an alloy of copper, chromium and zirconium, or an alloy of copper and beryllium.
  • these materials are not satisfactorily adapted to a use of dynamic type, especially since they are subject to significant wear.
  • US-2002096662 relates to an electrical contact member, arranged in the form of a metal strip, which is made of copper or an alloy coated with tin and silver, the latter element being present at a rate of not more than 4% in weight. This material however does not lend itself, optimally, to a dynamic type of use.
  • DE-A-4230060 discloses an arc contact element, for circuit breaker, whose coating is made of a silver and palladium alloy. Such a solution, however, is not satisfactory either, especially since palladium has certain drawbacks in terms of electrical conductivity.
  • an electrical contact member which is constituted by a strip of lamellae.
  • the latter which are out of the plane of the band by torsion, are covered by means of a layer of an electrically conductive material, such as silver.
  • the invention proposes to overcome all the disadvantages of the prior art mentioned above.
  • the invention also aims to provide such a member which has a good temperature resistance, as well as satisfactory electrical and mechanical properties, while inducing only a low contact force on the movable members that electrically connects.
  • the invention also aims to provide such a contact member, which has a high chemical resistance, particularly with regard to corrosion. Indeed, in some applications of this contact member, it evolves in an aggressive environment, due to the presence of corrosive species from the decomposition of certain dielectric gases initially present in the equipment.
  • the invention aims to provide such a contact member, whose cost is relatively low.
  • an electrical contact member adapted to electrically connect in series two conductive members able to move relative to each other, which belong to an electrical equipment in medium or high voltage, including a switchgear or a set of busbars, at least a part of this contact member comprising a base layer, of mechanical strength, made of a material electrically conductive, and a coating layer formed from metallic silver, intended to come into contact with the two electrically conductive members, said coating layer being present on at least a portion of the outer surface of the base layer , characterized in that said coating layer has a micro-structure formed by pure silver crystals, with presence of nodules composed of silver and a metal addition material formed of at least one metal of addition , different from money.
  • the base layer gives the contact member, according to the invention, good electrical and mechanical properties.
  • the electrically conductive material of this base layer has an electrical resistivity of less than 200 ⁇ .cm.
  • the nature of the coating layer also provides the latter with good properties in terms of electrical conduction.
  • the addition material with which the silver is associated gives the latter improved mechanical properties, particularly in terms of hardening.
  • figure 1 is a microscopic diagram showing the microstructure of the coating layer, belonging to an electrical contact member according to the invention.
  • This micro-structure is obtained either by a metallurgical type process or by an electrolytic type process.
  • the characteristic dimension of this structure is smaller, since it is of the order of one hundred nanometers.
  • the characteristic dimension of this structure is higher, since it is of the order of ten micrometers.
  • this coating layer is very predominantly made of metallic silver, with presence in a very small amount of an addition metal denoted M, namely for example 0.5%.
  • M an addition metal
  • the addition material guarantees an improvement in the mechanical properties of the coating layer, thanks to the known phenomenon of structural hardening. Moreover, in the case where this layer is obtained by an electrolytic process, this addition material allows a better arrangement between the atoms of the successive layers of silver, inducing a strong compaction of the latter, and therefore a high hardness. The phenomena mentioned above allow therefore to avoid rapid wear of the coating layer, during friction of the contact member against the two electrically conductive members.
  • the figure 2 illustrates a metallurgical structure of a coating layer of the prior art, consisting solely of metallic silver. We thus find only silver I crystals, with no additional element. Although this structure is satisfactory in terms of electrical conductivity, it does not prove to be of good quality as regards the mechanical strength.
  • the or each metal forming the additive material does not belong to the platinum column.
  • the latter comprises the following elements, namely nickel, palladium and platinum.
  • the additive material is formed of at least one element chosen from copper, phosphorus and indium.
  • the additive material is present in the coating layer in a proportion of less than 1% by weight, preferably less than 0.5% by weight, and even more preferably at less than 0.5% by weight. less than 0.1% by weight. This makes it possible not to substantially reduce the electrical conductivity of this coating layer.
  • the additive material is present in the coating layer in a proportion of more than 0.001% by weight, preferably more than 0.01% by weight. This gives the coating layer good mechanical properties, particularly in terms of abrasion in the case of intensive dynamic use.
  • the coating layer may be present on the entire outer surface of the base layer. As an alternative, it can be provided only at the contact areas with the conductive members, intended to be electrically connected by the contact member within the meaning of the invention.
  • the thickness of the coating layer is between 1 and 1000 micrometers, preferably between 10 and 500 micrometers. Note that the value of this thickness depends in particular on the size of the electrical contact member, as well as the application that it is desired to confer on the latter.
  • the base layer is made of copper, alloyed with zirconium and / or chromium.
  • chromium and / or zirconium are present in a proportion of less than 1% by weight, preferably less than 0.5% by weight of the base layer. This gives the latter good mechanical and thermal properties, without, however, significantly altering its electrical properties.
  • an interface layer intended to improve the adhesion between this base layer and this coating layer.
  • This interface layer provides the mechanical support of the coating layer, while preventing the diffusion of the different constituent elements of the base and coating layers from one to the other of these layers.
  • Such an interface layer is for example made of optionally alloy nickel, or optionally palladium alloyed.
  • This interface layer advantageously has a thickness of between 1 and 10 micrometers.
  • the electrical contact member is folded on itself, in the manner of a ring.
  • the electrical contact member is made in one piece. It may in particular be formed of a single wire, wound on itself so as to form a succession of turns. The manufacture of such a yarn is particularly described in EP-A-0 890 758 .
  • this wire is able to have any section, namely circular, polygonal with rounded edges, elliptical or oval.
  • the electrical contact member may be formed of a plurality of contact elements.
  • these different contact elements are secured to one another. It may be in particular strips folded in the manner of an accordion, the ends facing each other are mutually secured, so that these different bands form a ring. They may also be punched strips, or cut and stamped strips, in accordance with the teaching of FR-A-2,811,147 .
  • the different contact elements are independent.
  • these include finger-shaped elements, which are provided discretely at the inner and outer peripheries respectively of the two electrically conductive members.
  • only the base layer is shaped, then this shaped base layer is covered by means of the coating layer.
  • the base layer is first covered by means of the coating layer, and then this base layer and this coating layer are shaped at the same time.
  • the base layer is shaped at the same time as it is covered by means of the coating layer.
  • Such shaping takes place in a conventional manner, for example by taking advantage of the known spinning process.
  • the coating layer is first produced in the form of a silver alloy and the additive material, before covering the base layer with this layer of coating thus produced.
  • this coating layer is alloyed beforehand, before its application on the base layer.
  • the base layer is coated with substantially pure silver, and then the substantially pure silver layer is coated with the additive material.
  • this additive material will gradually diffuse within the silver layer, in a manner known per se, for example under the effect of temperature, so as to form the coating layer.
  • the possible interface layer can be attached to the base layer, after shaping of the latter.
  • the invention is obj and a medium or high voltage electrical apparatus, comprising at least two electrically conductive members, able to move relative to each other in service, and at least one contact member electrical, able to electrically connect two adjacent conductive members, characterized in that the or each electrical contact member is as defined above.
  • the electrical equipment is a switchgear, in particular a circuit breaker or a disconnector.
  • the electrical equipment is a set of busbars.
  • the two electrically conductive members are arranged concentrically and the or each electrical contact member is immobilized, in use, by wedging between the walls facing these two conductive members.
  • this member can be received in a groove, formed in one or other of these two electrically conductive members.
  • the two electrically conductive members are arranged one behind the other, a hollow connecting piece engaging the ends opposite these two conductive members, while the or each contact member electrical is immobilized, in use, by wedging between the walls facing this connecting piece and at least one of the two conductive members.
  • the figure 4 partially illustrates a first type of electrical equipment covered by the invention, which is in this case a switchgear in medium or high voltage, for example a circuit breaker. On this figure 4 only the breaking chamber of this circuit breaker is shown. The arrangement thereof is conventional, so that it will be described briefly in the following.
  • This chamber 2 which is delimited by a cylindrical insulating envelope 4, is filled with an insulating gas, such as for example SF 6 . It comprises first of all a fixed contact member, affected as a whole by reference 6.
  • This member 6 comprises, in known manner, a support 8 on which is mounted an arc contact element 10. Finally, this fixed member 6 is provided with a fixed permanent contact, assigned reference 11, which is of type classic.
  • the interrupting chamber 2 also contains a movable contact member, generally designated by reference numeral 12.
  • This comprises a support 14, to which is attached a movable arcing contact element 16.
  • This movable member 12 is equipped conventionally of a contact tube 18, forming a moving permanent contact, which supports a nozzle or insulating nozzle 20.
  • the movable member 12 can be moved between a contact position, shown on the left of the figure 4 , in which the elements 10 and 16, as well as the contacts 11 and 18, are in mutual contact, and a breaking position, shown on the right of this figure 4 , in which these two elements 10 and 16, as well as the contacts 11 and 18, are mutually separated.
  • the contact tube 18 moves in the vicinity of the inner walls of a connecting piece 22, delimiting an annular channel for receiving this contact tube 18.
  • This connecting piece 22 is extended by a return transverse 22 1 , sealingly passing through the envelope 4. It is also connected, in a conventional manner, to a power line not shown.
  • connection piece 22 The walls of the connection piece 22 are hollowed out with a plurality of annular grooves 22 2 , in this case three in number. Each of these grooves receives an electrical contact member according to the invention, generally designated by the reference 24. These three contact members 24 thus ensure, in use, the electrical continuity between the contact tube 18 of the body mobile 12 and the connection piece 22.
  • the contact members 24 could be received in grooves, not provided in the walls of the part 22, but formed in the walls of the movable contact tube 18.
  • the member 24 is formed by a single wire 25, which is folded back on itself so as to form a succession of turns.
  • the arrangement of this wire 25 is in accordance with that described for example in EP-A-0 890 758 , the contents of which are incorporated by reference in the present description.
  • this annular member 24 has two or more physical contact surfaces and, therefore, electrical. It is first of all an inner surface S 1 through which the member 24 comes into contact with the tube 18. In addition, the surface outer S 2 of this member 24 allows it to come into contact with the walls of the connecting piece 22.
  • the figure 6 is a cross-sectional view, illustrating the various constituent layers of the wire 25, forming the contact member 24.
  • a base layer 26 made of a copper alloy and zirconium. This base layer has a diameter for example close to 5 mm.
  • This interface layer 27 allows better adhesion between the base layer 26 and a coating layer 28, which extends over the entire outer periphery of the base layer 26.
  • This coating layer 28 which is formed of silver alloyed with indium, present in a proportion of 0.09% by weight, has a thickness of 100 microns.
  • the coating layer 28 can only be provided at the respective inner and outer contact surfaces S 1 and S 2 , respectively. figure 5 .
  • the figure 7 illustrates a second type of electrical equipment, covered by the invention. This is in this case a set of busbars of a known type.
  • this figure 7 only two conductive bars 112 and 122, of structure known. It is furthermore provided a tubular connection piece 120, engaging the opposite ends of the two bars 112 and 122. At its two ends, this connecting piece 120 is hollowed with grooves 120 1 , each of which receives an electrical contact member 24. , which is as described with reference to Figures 4 to 6 .
  • connecting piece 120 may be provided with one or more electrical contact member (s) 24.
  • the other end of the connecting piece is directly fixed on the corresponding conductive bar , especially by screwing.
  • one and / or the other of the permanent contacts 11 and 18 are coated at least partially by means of a coating layer according to the invention.
  • a coating layer is especially provided at the respective contact surfaces, assigned references 11 1 and 18 1 on the figure 4 , belonging to these permanent contacts 11 and 18.

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Description

  • La présente invention concerne un organe de contact électrique pour appareillage électrique en moyenne ou haute tension, un procédé de fabrication d'un tel organe, ainsi qu'un appareillage électrique en moyenne ou haute tension pourvu d'au moins un tel organe.
  • On entend, par moyenne ou haute tension, une tension supérieure à environ 1 000 Volt.
  • L'invention trouve son application à 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 comprend 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 élément de contact d'arc respectif. De plus, ces organes, respectivement fixe et mobile, sont pourvus de contacts permanents, qui assurent la continuité électrique, notamment en position fermée. Ces contacts permanents, de type fixe ou mobile, constituent des organes de contact électrique au sens de l'invention.
  • Il est par ailleurs prévu une pièce de connexion, qui traverse le plus souvent l'enveloppe de l'appareil, de façon à être reliée à une ligne électrique extérieure. En service, il est nécessaire de maintenir un contact électrique entre cette pièce de connexion et l'organe mobile précité, quelle que soit la position de ce dernier. Cette continuité électrique est assurée par un organe de contact électrique, également visé par l'invention.
  • L'invention trouve aussi son application à des appareillages électriques, de type globalement statique. Dans cet esprit, il s'agit notamment d'un jeu 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 extrémités en regard de ces barres conductrices. En service, en particulier sous l'effet des jeux fonctionnels, des dilatations ou encore des vibrations, ces deux barres sont soumises à de légers déplacements 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 organe de contact électrique, qui est apte à relier électriquement en série deux organes conducteurs appartenant à un appareillage électrique en moyenne ou haute tension. Les deux organes considérés 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.
  • On va maintenant décrire différents types connus d'organes de contact électrique, tels que définis immédiatement ci-dessus.
  • FR-A-0 334 094 divulgue un organe de contact roulant, de nature élastique. Les dimensions de cet organe creux, qui est déformable, sont telles qu'il est légèrement écrasé entre les deux organes mobiles, qu'il relie électriquement. Ceci permet donc d'exercer une pression mécanique, assurant le contact électrique désiré.
  • Cette solution connue présente cependant certains inconvénients, en particulier inhérents à la nature du matériau utilisé. Ce dernier, qui est du bronze phosphoreux, n'est notamment pas adapté à une utilisation en haute tension.
  • On connaît, par US-A-6 059 577 , un organe de contact électrique présentant une forme de doigt, qui est réalisé dans un matériau présentant à la fois une faible résistivité et une bonne résistance à la corrosion. Il s'agit notamment d'un alliage de cuivre, de chrome et de zirconium, ou encore un alliage de cuivre et de béryllium. Toutefois, ces matériaux ne sont pas adaptés, de façon satisfaisante, à une utilisation de type dynamique, en particulier dans la mesure où ils sont sujets à une usure importante.
  • US-A-2002096662 a pour objet un organe de contact électrique, agencé sous forme d'une bande métallique, qui est réalisé en cuivre ou en un alliage revêtu d'étain et d'argent, ce dernier élément étant présent à raison d'au plus 4% en poids. Ce matériau ne se prête cependant pas, de façon optimale, à une utilisation de type dynamique.
  • DE-A-4230060 divulgue un élément de contact d'arc, pour disjoncteur, dont le revêtement est réalisé en un alliage d'argent et de palladium. Une telle solution n'est cependant pas non plus satisfaisante, en particulier dans la mesure où le palladium présente certains inconvénients en termes de conductivité électrique.
  • Enfin, on connaît de FR-A-2 811 147 un organe de contact électrique, qui est constitué par une bande de lamelles. Ces dernières, qui sont sorties du plan de la bande par torsion, sont recouvertes par l'intermédiaire d'une couche d'un matériau conducteur électrique, tel que de l'argent.
  • Ceci étant précisé, l'invention se propose de remédier à l'ensemble des inconvénients de l'art antérieur évoqués ci-dessus.
  • Elle vise notamment à proposer un organe de contact électrique qui se prête, de façon satisfaisante, à une adaptation en moyenne ou haute tension.
  • Elle vise également à proposer un tel organe de contact, qui assure une continuité électrique entre deux organes mobiles, dont la vitesse relative peut être relativement importante. A cet égard, on citera, à titre purement non limitatif, des vitesses relatives comprises entre 1 et 50 m/s.
  • L'invention vise également à proposer un tel organe qui présente une bonne tenue en température, ainsi que des propriétés électriques et mécaniques satisfaisantes, tout en induisant seulement un faible effort de contact sur les organes mobiles qu'elle relie électriquement.
  • L'invention vise également à proposer un tel organe de contact, qui possède une résistance chimique élevée, en particulier à l'égard de la corrosion. En effet, dans certaines applications de cet organe de contact, celui-ci évolue dans une ambiance agressive, due à la présence d'espèces corrosives provenant de la décomposition de certains gaz diélectriques initialement présents dans l'appareillage.
  • L'invention vise enfin à proposer un tel organe de contact, dont le prix de revient est relativement bas.
  • A cet effet, elle a pour objet un organe de contact électrique apte à relier électriquement en série deux organes conducteurs susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre, qui appartiennent à un appareillage électrique en moyenne ou haute tension, notamment un appareillage de coupure ou un jeu de barres conductrices, au moins une partie de cet organe de contact comprenant une couche de base, de résistance mécanique, réalisée en un matériau électriquement conducteur, ainsi qu'une couche de revêtement formée à partir d'argent métallique, destinée à entrer en contact avec les deux organes électriquement conducteurs, cette couche de revêtement étant présente sur au moins une partie de la surface extérieure de la couche de base, caractérisé en ce que cette couche de revêtement possède une micro-structure formée par des cristaux d'argent pur, avec présence de nodules composés d'argent et d'un matériau métallique d'addition formé d'au moins un métal d'addition, différent de l'argent.
  • La couche de base confère à l'organe de contact, conforme à l'invention, de bonnes propriétés électriques et mécaniques. Au sens de l'invention, le matériau électriquement conducteur de cette couche de base possède une résistivité électrique inférieure à 200µΩ.cm.
  • La nature de la couche de revêtement assure également à cette dernière de bonnes propriétés en termes de conduction électrique. De plus, le matériau d'addition auquel est associé l'argent confère à ce dernier des propriétés mécaniques améliorées, en particulier en termes de durcissement.
  • Les caractéristiques évoquées ci-dessus sont plus particulièrement illustrées en référence à la figure 1 annexée, qui est un diagramme microscopique représentant la micro-structure de la couche de revêtement, appartenant à un organe de contact électrique conforme à l'invention.
  • Cette micro-structure est obtenue soit par un procédé de type métallurgique, soit par un procédé de type électrolytique.
  • Cependant, il est à remarquer que, dans le cas d'un procédé électrolytique, la dimension caractéristique de cette structure est plus faible, puisqu'elle est de l'ordre de la centaine de nanomètres. En revanche, dans le cas d'un procédé d'obtention métallurgique, la dimension caractéristique de cette structure est plus élevée, puisqu'elle est de l'ordre de la dizaine de micromètres.
  • Comme on le constate sur cette figure 1, cette couche de revêtement est très majoritairement constituée d'argent métallique, avec présence en très faible quantité d'un métal d'addition noté M, à savoir par exemple 0,5 %. On retrouve ainsi différents cristaux d'argent, dont chacun est affecté de la référence I, séparés mutuellement par des joints de grains II. On note également la présence de nodules III d'un composé complexe, qui est noté en l'occurrence AgM.
  • Ainsi, notamment grâce à la présence de ces nodules complexes, le matériau d'addition garantit une amélioration des propriétés mécaniques de la couche de revêtement, grâce au phénomène connu de durcissement structural. Par ailleurs, dans le cas où cette couche est obtenue par un procédé électrolytique, ce matériau d'addition autorise un meilleur arrangement entre les atomes des couches successives d'argent, induisant un fort compactage de ce dernier, et donc une dureté élevée. Les phénomènes évoqués ci-dessus permettent donc d'éviter une usure rapide de la couche de revêtement, lors des frottements de l'organe de contact contre les deux organes électriquement conducteurs.
  • La figure 2 illustre une structure métallurgique d'une couche de revêtement de l'art antérieur, constituée uniquement d'argent métallique. On y retrouve ainsi seulement des cristaux d'argent I, sans élément additionnel. Bien que cette structure soit satisfaisante en termes de conductivité électrique, elle ne se révèle pas de bonne qualité en ce qui concerne la résistance mécanique.
  • En outre, grâce à la nature des composants de ce matériau d'addition, et étant donné que celui-ci est présent en une quantité très faible dans la couche de revêtement, la conductivité électrique de cette dernière n'est pas réduite de façon rédhibitoire. Cette caractéristique de l'invention est illustrée, de façon plus précise, en relation avec la figure 3 annexée, qui représente la micro-structure d'une couche de revêtement, qui n'est pas conforme à l'invention, dans laquelle une fraction importante de matériau d'addition est présente.
  • On note ainsi, sur cette figure 3, un changement de la nature globale de cette couche de revêtement, puisque les différents cristaux d'argent pur I ont été remplacés par des cristaux IV d'un composé complexe, qui est en l'occurrence de l'AgM. Bien qu'elle soit satisfaisante en termes de résistance mécanique, une telle couche de revêtement n'est pas du tout adaptée en ce qui concerne sa conductivité électrique.
  • Enfin, les différents matériaux employés, pour la réalisation de l'organe de contact conforme à l'invention, assurent à ce dernier un prix de revient relativement bas.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le ou chaque métal formant le matériau d'addition n'appartient pas à la colonne du platine. A titre explicatif, on rappelle que cette dernière comprend les éléments suivants, à savoir le nickel, le palladium et le platine.
  • Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le matériau d'addition est formé d'au moins un élément choisi parmi le cuivre, le phosphore et l'indium.
  • Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le matériau d'addition est présent, dans la couche de revêtement, à raison de moins de 1 % en poids, préférentiellement à raison de moins de 0,5% en poids, encore plus préférentiellement à raison de moins de 0,1% en poids. Ceci permet de ne pas réduire de façon substantielle la conductivité électrique de cette couche de revêtement.
  • Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le matériau d'addition est présent, dans la couche de revêtement, à raison de plus de 0,001% en poids, de préférence à raison de plus de 0,01 % en poids. Ceci confère à la couche de revêtement de bonnes propriétés mécaniques, en particulier en termes d'abrasion dans le cas d'une utilisation dynamique intensive.
  • Il est à noter que la couche de revêtement peut être présente sur l'ensemble de la surface extérieure de la couche de base. A titre d'alternative, elle peut être prévue uniquement au niveau des zones de contact avec les organes conducteurs, destinés à être reliés électriquement par l'organe de contact au sens de l'invention.
  • Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'épaisseur de la couche de revêtement est comprise entre 1 et 1 000 micromètres, de préférence entre 10 et 500 micromètres. On notera que la valeur de cette épaisseur dépend notamment de la taille de l'organe de contact électrique, ainsi que de l'application que l'on désire conférer à ce dernier.
  • Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la couche de base est réalisée en cuivre, allié à du zirconium et/ou du chrome.
  • Selon une mesure avantageuse, le chrome et/ou le zirconium sont présents à raison de moins de 1 % en poids, de préférence à raison de moins de 0,5% en poids de la couche de base. Ceci confère à cette dernière de bonnes propriétés mécaniques et thermiques, sans cependant altérer de façon significative ses propriétés électriques.
  • On notera que d'autres éléments peuvent éventuellement être associés à cet alliage de cuivre, en vue de former la couche de base. Il s'agit par exemple du phosphore, du plomb ou encore de l'étain, ou de tout autre élément dont la conductivité est supérieure à 5 MS/m, qui peuvent être présents à raison de moins de 0,5 % en poids.
  • Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, il est prévu, entre la couche de base et la couche de revêtement, une couche d'interface destinée à améliorer l'adhésion entre cette couche de base et cette couche de revêtement. Cette couche d'interface assure le support mécanique de la couche de revêtement, tout en empêchant la diffusion des différents éléments constitutifs des couches de base et de revêtement, de l'une vers l'autre de ces couches.
  • Une telle couche d'interface est par exemple réalisée en nickel éventuellement allié, ou encore en palladium éventuellement allié. Cette couche d'interface présente avantageusement une épaisseur comprise entre 1 et 10 micromètres.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, l'organe de contact électrique est replié sur lui-même, à la façon d'un anneau.
  • Selon une caractéristique supplémentaire, l'organe de contact électrique est réalisé d'un seul tenant. Il peut en particulier être formé d'un fil unique, enroulé sur lui-même de manière à former une succession de spires. La fabrication d'un tel fil est notamment décrite dans EP-A-0 890 758 .
  • Il est à noter que ce fil est à même de présenter une section quelconque, à savoir notamment circulaire, polygonale avec des bords arrondis, elliptique ou encore ovale.
  • A titre d'alternative, l'organe de contact électrique peut être formé de plusieurs éléments de contact.
  • Dans un premier mode de réalisation, ces différents éléments de contact sont solidarisés les uns par rapport aux autres. Il peut s'agir notamment de bandes repliées à la façon d'un accordéon, dont les extrémités en regard sont mutuellement solidarisées, de sorte que ces différentes bandes forment un anneau. Il peut également s'agir de bandes poinçonnées, ou encore de bandes découpées et matricées, conformément à l'enseignement de FR-A-2 811 147 .
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les différents éléments de contact sont indépendants. Dans cette optique, il s'agit notamment d'éléments en forme de doigt, qui sont prévus de façon discrète aux périphéries respectivement intérieure et extérieure des deux organes électriquement conducteurs.
  • L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un organe de contact électrique tel que défini ci-dessus, comprenant les étapes suivantes :
    • on met en forme au moins la couche de base ;
    • on recouvre au moins une partie de la surface extérieure de la couche de base, au moyen de la couche de revêtement.
  • Selon une première variante de l'invention, on met en forme uniquement la couche de base, puis on recouvre cette couche de base mise en forme, au moyen de la couche de revêtement.
  • Selon une autre variante de l'invention, on recouvre tout d'abord la couche de base au moyen de la couche de revêtement, puis on met en forme à la fois cette couche de base et cette couche de revêtement.
  • Dans cette optique, il est possible de faire appel à la technologie de co-laminage, connue en tant que telle.
  • Selon une variante supplémentaire de l'invention, on met en forme la couche de base, en même temps qu'on la recouvre au moyen de la couche de revêtement. Une telle mise en forme s'opère de façon classique, par exemple en tirant parti du procédé connu de filage.
  • Selon un premier mode de réalisation de l'invention, on réalise tout d'abord la couche de revêtement sous forme d'un alliage d'argent et du matériau d'addition, avant de recouvrir la couche de base au moyen de cette couche de revêtement ainsi réalisée. En d'autres termes, cette couche de revêtement est alliée de façon préalable, avant son application sur la couche de base.
  • A titre d'alternative, on recouvre la couche de base au moyen d'argent sensiblement pur, puis on recouvre cette couche d'argent sensiblement pur au moyen du matériau d'addition. Dans ces conditions, ce matériau d'addition va progressivement diffuser au sein de la couche d'argent, de façon connue en tant que telle, par exemple sous l'effet de la température, de manière à former la couche de revêtement.
  • On notera également que, dans une première variante de réalisation, l'éventuelle couche d'interface peut être rapportée sur la couche de base, après mise en forme de cette dernière. A titre d'alternative, on peut tout d'abord recouvrir la couche de base au moyen de la couche d'interface, puis mettre alors en forme ces deux couches de façon simultanée.
  • L'invention a enfin pour obj et un appareillage électrique en moyenne ou haute tension, comprenant au moins deux organes électriquement conducteurs, susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre en service, ainsi qu'au moins un organe de contact électrique, apte à relier électriquement deux organes conducteurs adjacents, caractérisé en ce que le ou chaque organe de contact électrique est tel que défini ci-dessus.
  • Selon une première caractéristique de l'invention, l'appareillage électrique est un appareillage de coupure, en particulier un disjoncteur ou un sectionneur.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, l'appareillage électrique est un jeu de barres conductrices.
  • Selon une première variante de l'invention, les deux organes électriquement conducteurs sont disposés de façon concentrique et le ou chaque organe de contact électrique est immobilisé, en service, par coincement entre les paroi s en regard de ces deux organes conducteurs. En particulier, cet organe peut être reçu dans une gorge, ménagée dans l'un ou l'autre de ces deux organes électriquement conducteurs.
  • Selon une seconde variante, les deux organes électriquement conducteurs sont disposés l'un derrière l'autre, une pièce de liaison creuse emmanchant les extrémités en regard de ces deux organes conducteurs, alors que le ou chaque organe de contact électrique est immobilisé, en service, par coincement entre les parois en regard de cette pièce de liaison et de l'un au moins des deux organes conducteurs.
  • L'invention va être décrite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels, outre les figures 1 à 3 évoquées précédemment :
    • la figure 4 est une vue en coupe longitudinale, illustrant de façon partielle un appareillage électrique conforme à l'invention ;
    • la figure 5 est une vue de face, illustrant un organe de contact électrique qui équipe l'appareillage de la figure 4 ;
    • la figure 6 est une vue en coupe, selon la ligne VI-VI à la figure 5 ; et
    • la figure 7 est une vue schématique, illustrant un appareillage électrique conforme à une variante de réalisation de l'invention.
  • La figure 4 illustre partiellement un premier type d'appareillage électrique visé par l'invention, qui est en l'occurrence un appareillage de coupure en moyenne ou haute tension, par exemple un disjoncteur. Sur cette figure 4, seule la chambre de coupure de ce disjoncteur est représentée. L'agencement de celle-ci est classique, de sorte qu'elle sera décrite de façon succincte dans ce qui suit.
  • Cette chambre 2, qui est délimitée par une enveloppe cylindrique isolante 4, est remplie d'un gaz isolant, comme par exemple du SF6. Elle comprend tout d'abord un organe fixe de contact, affecté dans son ensemble de la référence 6.
  • Cet organe 6 comporte, de façon connue, un support 8 sur lequel est monté un élément de contact d'arc 10. Enfin, cet organe fixe 6 est pourvu d'un contact permanent fixe, affecté de la référence 11, qui est de type classique.
  • La chambre de coupure 2 renferme également un organe mobile de contact, désigné dans son ensemble par la référence 12. Celui-ci comprend un support 14, sur lequel est rapporté un élément de contact d'arc mobile 16. Cet organe mobile 12 est équipé de façon classique d'un tube de contact 18, formant contact permanent mobile, qui supporte une tuyère ou buse isolante 20.
  • En service, de manière connue en soi, l'organe mobile 12 peut être déplacé entre une position de contact, représentée sur la gauche de la figure 4, dans laquelle les éléments 10 et 16, ainsi que les contacts 11 et 18, sont en contact mutuel, et une position de coupure, représentée sur la droite de cette figure 4, dans laquelle ces deux éléments 10 et 16, ainsi que les contacts 11 et 18, sont mutuellement séparés.
  • Lors d'une telle utilisation, le tube de contact 18 se déplace au voisinage des parois intérieures d'une pièce de connexion 22, délimitant un canal annulaire de réception de ce tube de contact 18. Cette pièce de connexion 22 se prolonge par un retour transversal 221, traversant de manière étanche l'enveloppe 4. Elle est par ailleurs reliée, de manière classique, à une ligne électrique non représentée.
  • Les parois de la pièce de connexion 22 sont creusées de plusieurs gorges annulaires 222, prévues en l'occurrence au nombre de trois. Chacune de ces gorges reçoit un organe de contact électrique conforme à l'invention, désigné dans son ensemble par la référence 24. Ces trois organes de contact 24 assurent ainsi, en service, la continuité électrique entre le tube de contact 18 de l'organe mobile 12 et la pièce de connexion 22.
  • A titre de variante, il est à noter que les organes de contact 24 pourraient être reçus dans des gorges, non pas ménagées dans les parois de la pièce 22, mais réalisées dans les parois du tube de contact mobile 18.
  • Dans la figure 4, les différents organes de contact 24 sont représentés de façon très schématique. L'un de ces organes 24 est illustré, de manière plus précise, sur la figure 5.
  • Comme le montre cette dernière, l'organe 24 est formé par un unique fil métallique 25, qui est replié sur lui-même de manière à former une succession de spires. L'agencement de ce fil 25 est conforme à celui décrit par exemple dans EP-A-0 890 758 , dont le contenu est incorporé par référence dans la présente description.
  • En service, cet organe annulaire 24 présente deux ou plusieurs surfaces de contact physique et, par conséquent, électrique. Il s'agit tout d'abord d'une surface intérieure S1 par laquelle l'organe 24 entre en contact avec le tube 18. De plus, la surface extérieure S2 de cet organe 24 lui permet d'entrer en contact avec les parois de la pièce de connexion 22.
  • La figure 6 est une vue en coupe transversale, illustrant les différentes couches constitutives du fil 25, formant l'organe de contact 24.
  • Il est tout d'abord prévu une couche de base 26 réalisée en un alliage de cuivre et de zirconium. Cette couche de base présente un diamètre par exemple voisin de 5 mm.
  • Sur cette couche de base 26 est rapportée une couche d'interface 27, réalisée en nickel, dont l'épaisseur est par exemple de 20 micromètres. Cette couche d'interface 27 permet une meilleure adhésion entre la couche de base 26 et une couche de revêtement 28, qui s'étend sur l'intégralité de la périphérie extérieure de la couche de base 26.
  • Cette couche de revêtement 28, qui est formée d'argent allié à l'indium, présent à raison de 0,09 % en poids, possède une épaisseur de 100 micromètres. A titre de variante, il est à noter que la couche de revêtement 28 peut uniquement être prévue au niveau des surfaces de contact respectivement intérieure S1 et extérieure S2, visibles sur la figure 5.
  • La figure 7 illustre un second type d'appareillage électrique, visé par l'invention. Il s'agit en l'occurrence d'un jeu de barres conductrices, de type connu en soi.
  • Sur cette figure 7, on a illustré seulement deux barres conductrices 112 et 122, de structure connue. Il est par ailleurs prévu une pièce de liaison tubulaire 120, emmanchant les extrémités en regard des deux barres 112 et 122. A ses deux extrémités, cette pièce de liaison 120 est creusée de gorges 1201, dont chacune reçoit un organe de contact électrique 24, qui est tel que décrit en référence aux figures 4 à 6.
  • En service, sous l'effet des contraintes de fonctionnement auxquelles sont soumises les barres 112 et 122, notamment des vibrations, des jeux ou des dilatations, il se produit un déplacement mutuel entre ces deux barres, matérialisé par la double flèche F. La présence de la pièce de liaison 120, associée aux organes 24, autorise un tel déplacement, tout en continuant à assurer la continuité électrique entre les deux barres 112 et 122.
  • En variante, seule une extrémité de la pièce de liaison 120 peut être pourvue d'un ou plusieurs organe(s) de contact électrique 24. Dans cette optique, l'autre extrémité de la pièce de liaison est directement fixée sur la barre conductrice correspondante, notamment par vissage.
  • A titre de variante supplémentaire, on peut prévoir que l'un et/ou l'autre des contacts permanents 11 et 18 sont revêtus au moins partiellement au moyen d'une couche de revêtement conforme à l'invention. Dans cette optique, une telle couche est notamment prévue au niveau des surfaces de contact respectives, affectées des références 111 et 181 sur la figure 4, appartenant à ces contacts permanents 11 et 18.

Claims (27)

  1. Organe de contact électrique. (24) apte à relier électriquement en série deux organes conducteurs (12, 22 ; 112, 122) susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre, qui appartiennent à un appareillage électrique en moyenne ou haute tension, notamment un appareillage de coupure ou un jeu de barres conductrices, au moins une partie de cet organe de contact (24) comprenant une couche de base (26), de résistance mécanique, réalisée en un matériau électriquement conducteur, ainsi qu'une couche de revêtement (28) formée à partir d'argent métallique, destinée à entrer en contact avec les deux organes électriquement conducteurs (12, 22 ; 112, 122), cette couche de revêtement (28) étant présente sur au moins une partie de la surface extérieure de la couche de base (26), caractérisé en ce que cette couche de revêtement possède une micro-structure formée par des cristaux d'argent pur (I), avec présence de nodules (III) composés d'argent et d'un matériau métallique d'addition formé d'au moins un métal d'addition, différent de l'argent, ledit matériau d'addition étant présent, .dans la couche de revêtement, à raison de moins de 1 % en poids, préférentiellement à raison de moins de 0,5 % en poids et, encore plus préférentiellement, à raison de moins de 0,1 % en poids.
  2. Organe de contact électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le matériau d'addition est présent, dans la couche de revêtement, à raison de plus de 0,001 % en poids, de préférence à raison de plus de 0,01 % en poids.
  3. Organe de contact électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ou chaque métal formant le matériau d'addition n'appartient pas à la colonne du platine.
  4. Organe de contact électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau d'addition est formé d'au moins un élément choisi parmi le cuivre, le phosphore et l'indium.
  5. Organe de contact électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de revêtement est comprise entre 1 et 1 000 micromètres, de préférence entre 10 et 500 micromètres.
  6. Organe de contact électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de base est réalisée en cuivre, allié à du zirconium et/ou du chrome.
  7. Organe de contact électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le chrome et/ou le zirconium sont présents à raison de moins de 1 % en poids de la couche de base, de préférence à raison de moins de 0,5 % en poids.
  8. Organe de contact électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu, entre la couche de base (26) et la couche de revêtement (28), une couche d'interface (27) destinée à améliorer l'adhésion entre cette couche de base et cette couche de revêtement.
  9. Organe de contact électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche d'interface (27) est réalisée en nickel éventuellement allié, ou en palladium éventuellement allié.
  10. Organe de contact électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de contact électrique (24) est replié sur lui-même, à la façon d'un anneau.
  11. Organe de contact électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé d'un seul tenant.
  12. Organe de contact électrique selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il est formé d'un fil unique (25), enroulé sur lui-même de manière à former une succession de spires.
  13. Organe de contact électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est formé de plusieurs éléments de contact.
  14. Organe de contact électrique selon la revendication 13, caractérisé en ce que les différents éléments de contact sont solidarisés les uns par rapport aux autres.
  15. Organe de contact électrique selon la revendication 13, caractérisé en ce que les différents éléments de contact sont indépendants.
  16. Procédé de fabrication d'un organe de contact électrique (24) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes :
    - on met en forme au moins la couche de base (26) ;
    - on recouvre au moins une partie de la surface extérieure de la couche de base (26), au moyen de la couche de revêtement (28).
  17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'on met en forme uniquement la couche de base (26), puis en ce qu'on recouvre cette couche de base mise en forme, au moyen de la couche de revêtement (28).
  18. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'on recouvre tout d'abord la couche de base au moyen de la couche de revêtement, puis en ce qu'on met en forme à la fois cette couche de base et cette couche de revêtement.
  19. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'on met en forme la couche de base, en même temps qu'on la recouvre au moyen de la couche de revêtement.
  20. Procédé selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisé en ce qu'on réalise tout d'abord la couche de revêtement sous forme d'un alliage d'argent et du matériau d'addition, avant de recouvrir la couche de base au moyen de cette couche de revêtement ainsi réalisée.
  21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisé en ce qu'on recouvre la couche de base au moyen d'argent sensiblement pur, puis en ce qu'on recouvre cette couche d'argent sensiblement pur au moyen du matériau d'addition.
  22. Appareillage électrique en moyenne ou haute tension, comprenant au moins deux organes électriquement conducteurs (12, 22 ; 112, 122), susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre en service, ainsi qu'au moins un organe de contact électrique (24), apte à relier électriquement deux organes conducteurs adjacents, caractérisé en ce que le ou chaque organe de contact électrique (24) est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 15.
  23. Appareillage selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un appareillage électrique de coupure, en particulier un disjoncteur ou un sectionneur.
  24. Appareillage selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un jeu de barres conductrices.
  25. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 22 à 24, caractérisé en ce que les deux organes électriquement conducteurs (12, 22) sont disposées de façon concentrique et en ce que le ou chaque organe de contact électrique (24) est immobilisé, en service, par coincement entre les parois en regard de ces deux organes conducteurs.
  26. Appareillage selon la revendication 25, caractérisé en ce que l'organe de contact électrique (24) est reçu dans une gorge (222), ménagée dans l'un ou l'autre (12, 22) de ces deux organes électriquement conducteurs.
  27. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 22 à 24, caractérisé en ce que les deux organes électriquement conducteurs (112, 122) sont disposés l'un derrière l'autre, une pièce de liaison creuse (120) emmanchant les extrémités en regard de ces deux organes conducteurs, alors que le ou chaque organe de contact électrique (24) est immobilisé, en service, par coincement entre les parois en regard de cette pièce de liaison (120) et de l'un au moins des deux organes conducteurs (112 ; 122).
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