EP4567849A1 - Ampoule à vide de moyenne ou haute tension - Google Patents

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EP4567849A1
EP4567849A1 EP24217884.6A EP24217884A EP4567849A1 EP 4567849 A1 EP4567849 A1 EP 4567849A1 EP 24217884 A EP24217884 A EP 24217884A EP 4567849 A1 EP4567849 A1 EP 4567849A1
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EP
European Patent Office
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seal
insulator
screen
vacuum
contact
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Pending
Application number
EP24217884.6A
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German (de)
English (en)
Inventor
Renaud CARLEN
Mathieu BONO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Industries SAS filed Critical Schneider Electric Industries SAS
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
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    • H01H2033/66284—Details relating to the electrical field properties of screens in vacuum switches

Definitions

  • the present invention relates to the field of medium or high voltage vacuum interrupters, also called vacuum interrupters or vacuum interrupters.
  • Vacuum interrupters are used in medium and high voltage electrical distribution devices, i.e. voltages above 1 kV. Vacuum interrupters are associated with actuators to cut off the current in a part of the circuit.
  • a vacuum interrupter has two cut-off contacts arranged opposite each other.
  • Each contact includes a rod for supplying the electric current, and a body attached to the rod.
  • the contacts are arranged in an insulating envelope forming a sealed enclosure placed under vacuum. The contacts can be moved relative to each other. When the contacts are pressed against each other, current can flow from one contact to the other. When the contacts are separated from each other, the current is interrupted.
  • a protective screen is arranged inside the insulating envelope and surrounds the electrical contacts.
  • the screen prevents metal particles detaching from the contacts when an electric arc is created from being deposited on the internal surface of the insulating envelope.
  • it can be in two parts arranged side by side coaxially, and a portion of the screen serving as a retaining flange is clamped between the two parts of the insulating envelope. This portion of the screen serving as a retaining flange generates dielectric stresses.
  • the presence of the gasket avoids the creation of a triple interface where the insulator, the screen and the gas surrounding the vacuum interrupter meet. Thanks to the presence of the gasket, two triple interfaces are created: a first interface between the insulator, a first portion of the gasket and the gas surrounding the vacuum interrupter, and a second interface between the screen, the insulator and a second portion of the gasket. This separation of the interfaces increases the dielectric strength of the vacuum interrupter.
  • the semiconducting nature of the gasket material allows the gasket to be at the electrical potential of the screen in its entirety, which allows the gasket to have an electrical deflector effect reducing the electric field in this area. For the same performance, the size of the interrupter can be reduced, or for the same size, the performance of the vacuum interrupter can be improved.
  • the vacuum bulb is leak-proof.
  • the vacuum bulb is generally cylindrical in shape and extends along an axis.
  • the insulator, screen and electrical contacts are coaxial.
  • the semiconducting material seal is made of butadiene-acrylonitrile copolymers.
  • the seal is elastically deformable.
  • the seal is in mechanical contact with the screen fixing flange.
  • the gasket is in mechanical contact with the insulation.
  • the seal is spaced from the fixing flange of the screen, and an axial surface of at least one of the two coaxial elements of the insulator comprises an electrically conductive coating, the coating being in contact with the seal and with the fixing flange.
  • the electrically conductive coating on the axial surface which is in contact with the screen mounting flange on the one hand and the seal on the other, ensures electrical contact between the two parts.
  • the seal and the screen are thus placed at the same electrical potential.
  • a space separating the screen fixing flange and the seal comprises an electrically conductive grease.
  • the grease is for example a silicone grease.
  • the seal is removable.
  • the seal can thus be put in place specifically for the conditioning procedure aimed at removing surface defects from the contact bodies of the vacuum interrupter.
  • the seal can then be removed for use of the bulb in an electrical appliance.
  • the seal can be retained for the entire duration of use of the vacuum bulb.
  • the gasket can be added to the vacuum bulb.
  • the seal can be removed from the vacuum bulb.
  • the insulation has the shape of a cylinder of revolution.
  • the two elements of the insulation have the shape of a hollow cylinder.
  • the two insulation elements are arranged side by side in an axial direction and are separated from each other by the screen fixing flange.
  • Both elements of the insulation have an identical internal diameter.
  • Both elements of the insulation have an identical outer diameter.
  • the insulation is ceramic.
  • the screen includes a cylindrical portion surrounding the electrical contacts.
  • the screen is made of copper, for example.
  • the shield mounting flange extends radially outward from an outer surface of the cylindrical portion of the shield.
  • the screen mounting flange extends in a plane transverse to the screen axis.
  • the screen mounting flange is annular in shape.
  • the screen mounting flange is made of copper.
  • the screen mounting flange is in contact with each of the two elements of the insulation.
  • the screen mounting flange is compressed in an axial direction between the two insulation elements.
  • connection between the screen mounting flange and each of the two insulation elements is watertight.
  • An axial surface of the first element is in contact with a first face of the screen mounting flange.
  • An axial surface of the second element is in contact with a second face of the screen mounting flange.
  • An outer side surface of the fixing flange is radially recessed from an outer side surface of the first element of the insulator. Similarly, the outer side surface of the fixing flange is radially recessed from an outer side surface of the second element of the insulator.
  • An outside diameter of the fixing flange is greater than an average diameter of the first element and the second element.
  • the seal partially covers an outer side surface of the first member and an outer side surface of the second member.
  • the seal partially covers an axial surface of the first element and an axial surface of the second element.
  • the seal is toroidal in shape when the seal is in the free state.
  • a diameter of a cross-section of the seal is between 5 millimeters and 40 millimeters.
  • an average diameter of the seal is between 50 millimeters and 200 millimeters.
  • a ratio of the diameter of a cross-section of the seal to the average diameter of the seal is between 0.05 and 0.2.
  • This form factor allows the joint to closely match the shape of the ends of the insulation elements, while also allowing sufficient overlap of the axial end portions of the elements.
  • the annular portion allows the seal to have a shape that facilitates the establishment of mechanical contact with the screen mounting flange.
  • a first face of the annular portion is in contact with an axial surface of the first element of the insulator.
  • a second face of the annular portion, opposite the first face, is in contact with an axial surface of the second element of the insulator.
  • the annular portion extends toward the axis of the toroidal portion in an equatorial plane of the toroidal portion.
  • the annular portion of the seal is distant from the screen fixing flange.
  • annular portion of the gasket is spaced from an outer side surface of the screen mounting flange.
  • a lateral surface of the annular portion of the seal is distant from the outer lateral surface of the screen fixing flange, in a radial direction.
  • An outer lateral surface of the fixing flange, a lateral surface of the annular portion of the seal, an axial surface of the first element and an axial surface of the second element define an annular-shaped volume.
  • a volume separating the annular portion of the seal and the screen mounting flange is at least partially filled with an electrically conductive grease.
  • the volume separating the annular portion of the seal and the screen mounting flange can be completely filled with an electrically conductive grease.
  • the cavity delimited by the outer lateral surface of the fixing flange, the lateral surface of the annular portion of the seal, an axial surface of the first element and an axial surface of the second element is filled, partially or totally, with an electrically conductive grease.
  • a ratio between the diameter of a cross-section of the toroidal part and the outer diameter of the insulator is between 0.05 and 0.2.
  • a ratio between the inner diameter of the toroidal part and the outer diameter of the insulator is between 0.8 and 0.95.
  • a portion of the first element in contact with the seal comprises a chamfer.
  • a portion of the second element in contact with the seal comprises a chamfer.
  • the invention also relates to a method of conditioning a vacuum ampoule.
  • the addition of the seal for the vacuum interrupter conditioning phase allows the voltage between the electrical contacts to be increased without creating a discharge between the vacuum interrupter insulation and the external environment. Electric arcs can be created in a preferential manner between the electrical contacts, which allows the conditioning of the vacuum bulb to be accelerated.
  • Step (vi) is optional.
  • the seal can remain mounted on the vacuum bulb for the entire duration of use of the vacuum bulb.
  • the bulb is mounted in an electrical device equipped with its seal. The presence of the seal improves the dielectric strength of the vacuum bulb in service.
  • Step (vi) of dismantling the seal is thus replaced by a step: (vi') maintain the seal on the vacuum interrupter until the vacuum interrupter is fitted into an electrical appliance.
  • the different elements are not necessarily represented to scale.
  • identical elements have the same references.
  • Some elements or parameters may be indexed, i.e. designated for example by first element or second element, or first parameter and second parameter, etc. This indexing is intended to differentiate similar, but not identical, elements or parameters. This indexing does not imply a priority of one element or parameter over another and the names may be interchanged. When it is specified that a subsystem includes a given element, this does not exclude the presence of other elements in this subsystem. Similarly, when it is specified that a subsystem includes a given element, it is understood that the subsystem includes at least this element.
  • the X, Y, Z axes designate the three directions of space in order to identify the viewing angle of each figure.
  • At least one of the first contact 2 and the second contact 3 is configured to be moved along an axis D between a so-called open position O in which the electrical contacts 2, 3 are spaced apart from each other, and a so-called closed position F in which the electrical contacts 2, 3 are supported on each other so as to allow a passage of electric current between the first contact 2 and the second contact 3.
  • the 50 vacuum interrupter is part of a medium voltage cut-off device, such as a circuit breaker or a disconnector.
  • the electrical cut-off contacts 2, 3 are in contact with each other, and an electric current can flow.
  • the sign C represents the passage of electric current.
  • the electrical contacts are separated by a distance represented by the sign g, and the flow of electric current from one contact to the other is interrupted.
  • the first electrical contact 2 comprises a cylindrical rod 22 and a disc-shaped contact body 21.
  • the contact body 21 is integral with the rod 22 and extends transversely to the cylindrical rod 22.
  • the second electrical contact 3 comprises a cylindrical rod 32 and a disc-shaped contact body 31, integral with the cylindrical rod 32 and extending transversely to the cylindrical rod 32.
  • Each contact body 21, 31 is fixed respectively to the cylindrical rod 22, 32, for example by soldering.
  • a spring not shown, maintains a preload between the contact bodies 21, 31. In other words, a contact pressure is applied in the closed position between the contact bodies 21, 31, this contact pressure being determined by the force applied by the spring.
  • the preload spring is part of the vacuum bulb 50 control mechanism.
  • the electrical contacts 2,3 are arranged in an insulating envelope, also called insulator 1.
  • a protective screen 4 is arranged inside the insulator 1, radially arranged between the electrical contacts 2, 3 and the inner wall of the insulator 1. The protective screen 4 prevents metal particles detaching from the contacts 2, 3 when electric arcs are created from being deposited on the inner surface of the insulator 1.
  • FIG. 3 is an exterior view of the proposed 50 vacuum bulb.
  • the screen 4 comprises a fixing flange 5 clamped between the two elements 1a, 1b of the insulator 1.
  • the vacuum bulb 50 comprises a seal 7 made of semiconducting material surrounding the insulator 1, the seal 7 being in electrical contact with the screen 4.
  • the presence of the seal 7 avoids the creation of a triple interface where the insulator 1, the screen 4 and the gas surrounding the vacuum bottle 50 would meet. Thanks to the presence of the seal 7, two distinct triple interfaces are created: a first triple interface between the insulator 1, a first portion of the seal 7 and the gas surrounding the vacuum bottle 50, and a second triple interface between the screen 4, the insulator 1 and a second portion of the seal 7.
  • This separation of the triple interfaces makes it possible to increase the dielectric strength of the vacuum interrupter 50.
  • the semiconducting nature of the material of the seal 7 makes it possible to ensure that the seal 7 is at the electrical potential of the screen 4 in its entirety, which allows the seal 7 to have an electrical deflector effect reducing the electric field in this area. For the same performance, the size of the bulb can be reduced, or for the same size the performance of the vacuum interrupter can be improved.
  • the vacuum bulb 50 is generally cylindrical in shape and extends along an axis D.
  • Insulator 1 has the shape of a cylinder of revolution.
  • the two elements 1a, 1b of the insulator 1 have the shape of a hollow cylinder.
  • the two elements 1a, 1b of the insulator 1 are arranged side by side in an axial direction and are separated from each other by the fixing flange 5 of the screen 4.
  • the insulator 1, the screen 4 and the electrical contacts 2, 3 are coaxial.
  • the axis D is the common axis of the first element 1a of the insulator 1, of the second element 1b of the second element 1b of the insulator 1, of the screen 4, of the first electrical contact 2 and of the second electrical contact 3.
  • FIG. 4 represents a vacuum bulb 50 in which the seal 7 is not fitted.
  • the two elements 1a, 1b of the insulator 1 have an identical internal diameter. This internal diameter is designated by the sign Di-1 on the Figure 4 .
  • the two elements 1a, 1b of the insulator 1 have an identical external diameter. This external diameter is designated by the sign De-1 on the Figure 4 .
  • Insulator 1 is ceramic.
  • Insulator 1 is for example made of alumina. (chemical formula Al 2 O 3 )
  • each element 1a, 1b is made of ceramic, for example alumina.
  • the screen 4 comprises a cylindrical portion 6 surrounding the electrical contacts 2, 3.
  • the cylindrical portion 6 extends along the rods 22, 32 and is opposite the contact bodies 21, 31.
  • Screen 4 is for example made of copper.
  • the fixing flange 5 of the screen 4 extends radially outwards from an outer surface 6e of the cylindrical portion 6 of the screen 4.
  • the fixing flange 5 of the screen 4 extends in a plane P transverse to the axis D of the screen 4.
  • the fixing flange 5 of the screen 4 is annular in shape.
  • the fixing flange 5 of the screen 4 is made of copper.
  • the fixing flange 5 of the screen 4 is fixed to the cylindrical portion 6 surrounding the electrical contacts 2, 3 by soldering.
  • the fixing flange 5 and the cylindrical part 6 of the screen 4 are thus at the same electrical potential.
  • the fixing flange 5 of the screen 4 is in contact with each of the two elements 1a, 1b of the insulator 1.
  • the fixing flange 5 of the screen 4 is compressed in an axial direction between the two elements 1a, 1b of the insulator 1.
  • connection between the fixing flange 5 of the screen 4 and each of the two elements 1a, 1b of the insulation is watertight.
  • An axial surface 10a of the first element 1a is in contact with a first face 15 of the fixing flange 5 of the screen 4.
  • An axial surface 10b of the second element 1b is in contact with a second face 16 of the fixing flange 5 of the screen 4.
  • the 50 vacuum bulb is leak-proof.
  • the pressure inside the vacuum bulb 50 is for example less than 10 -4 millibar.
  • the gaseous medium in which the vacuum bottle 50 is arranged is for example ambient air.
  • the ambient air in which the vacuum bottle is placed is represented diagrammatically by the signs A on the figures 4, 5 , 6 .
  • An outer lateral surface 17 of the fixing flange 5 is radially set back from an outer lateral surface 11a of the first element 1a of the insulator 1. In the same way, the outer lateral surface 17 of the fixing flange 5 is radially set back from an outer lateral surface 11b of the second element 1b of the insulator 1.
  • An outer diameter De-5 of the fixing flange 5 is greater than an average diameter Dm-1 of the first element 1a and of the second element 1b.
  • the average diameter Dm-1 of the first element 1a is the average between the internal diameter Di-1 and the external diameter De-1.
  • the vacuum bulb 50 is equipped with a seal 7.
  • the seal 7 made of semiconducting material is made of butadiene-acrylonitrile copolymers.
  • This material is also called nitrile rubber, and is commonly referred to by the English acronym NBR for “nitrile butadiene rubber”.
  • the seal 7 is elastically deformable.
  • the seal 7 is in the example illustrated a single piece.
  • the seal 7 is for example obtained by molding.
  • the seal 7 is in mechanical contact with the fixing flange 5 of the screen 4.
  • the seal 7 is in mechanical contact with the insulator 1.
  • the seal 7 is in mechanical contact with the first element 1a of the insulator 1.
  • the seal 7 is also in mechanical contact with the second element 1b of the insulator 1.
  • the seal 7 surrounds the insulator 1 and partly covers the outer surface 11a of the first element 1a of the insulator 1, as well as the outer surface 11b of the second element 1b.
  • the seal 7 partially covers an outer lateral surface 11a of the first element 1a and an outer lateral surface 11b of the second element 1b.
  • the seal 7 partially covers an axial surface 10a of the first element 1a and an axial surface 10b of the second element 1b.
  • FIG. 6 illustrates an embodiment of the vacuum bulb 50 in which the seal 7 is distant from the fixing flange 5 of the screen 4.
  • a space designated by the sign V radially separates the fixing flange 5 and the screen 4.
  • the seal 7 is not in mechanical contact with the fixing flange 5 of the screen 4.
  • An axial surface 10a, 10b of at least one of the two coaxial elements 1a, 1b of the insulator 1 comprises an electrically conductive coating 14, the coating 14 being in contact with the seal 7 and with the fixing flange 5.
  • the electrically conductive coating 14 is present on an axial surface of at least one element 1a, 1b, this axial surface being in contact on the one hand with the fixing flange 5 of the screen 4 and on the other hand with the seal 7.
  • the coating 14 makes it possible to ensure electrical continuity between the seal 7 and the fixing flange 5.
  • the seal 7 and the screen 4 are thus placed at the same electrical potential.
  • the coating 14 is for example a metallic layer deposited on the axial end of an element of the insulator 1.
  • the first element 1a of the insulator 1 comprises the electrically conductive coating 14.
  • the first element 1a and the second element 1b each comprise an electrically conductive coating deposited on their respective axial end.
  • a space V separating the fixing flange 5 from the screen 4 and the seal 7 comprises an electrically conductive grease.
  • the electrical contact between the seal 7 and the fixing flange 5 of the screen 4 can be obtained, or completed, thanks to the electrical conduction of the grease interposed between the seal 7 and the fixing flange 5 of the screen 4.
  • the grease is for example a silicone grease.
  • the seal 7 can thus be put in place specifically for the packaging procedure carried out during the manufacture of the vacuum bulb 50.
  • This conditioning procedure aims to remove surface defects from the contact bodies 21, 31 of the vacuum bottle 50.
  • the seal 7 can then be removed once the procedure for conditioning the vacuum bottle 50 is complete.
  • the seal 7 is thus absent from the vacuum bottle 50 when using the vacuum bottle 50 in an electrical appliance.
  • the seal 7 can be kept for the entire duration of use of the vacuum bulb 50.
  • seal 7 is installed before the packaging procedure and is then left in place.
  • Gasket 7 can be added to vacuum bulb 50.
  • the seal 7 can be removed from the vacuum bulb 50.
  • the seal 7 can for example be dismantled to facilitate the installation of the vacuum bulb 50 in an electrical device.
  • the seal 7 is toroidal in shape when the seal 7 is in the free state.
  • the seal has the shape of a torus in the absence of mechanical stress likely to deform the seal.
  • FIG. 7 represents the seal 7 in the free state, that is to say not mounted on the vacuum bulb 50.
  • a diameter Dt-7 of a cross-section of the seal 7 is between 5 millimeters and 40 millimeters.
  • the diameter Dt-7 of a cross-section of the seal 7 is the diameter in the free state, i.e. without deformation. It is therefore the dimension when the seal 7 is not mounted on the vacuum bulb 50.
  • the diameter Dt-7 is also called the torus diameter.
  • an average diameter Dm-7 of the seal 7 is between 50 millimeters and 200 millimeters.
  • the average diameter of the torus is understood to be the average between the internal diameter Di-7 of the torus and the external diameter De-7 of the torus.
  • the average diameter Dm-7 of joint 7 is the diameter in the free state, i.e. without deformation.
  • the inner diameter Di-7 and the outer diameter De-7 are measured parallel to the equatorial plane P7 of joint 7.
  • a ratio of the diameter Dt-7 of a cross-section of the seal 7 and the average diameter Dm-7 of the seal 7 is between 0.05 and 0.2.
  • This form factor allows the seal 7 to closely match the shape of the ends of the lateral surface of the elements 1a, 1b of the insulator 1, while also allowing sufficient coverage of the axial end portions 10a, 10b of the elements 1a, 1b.
  • the annular part 9 allows the seal 7 to have a shape facilitating the establishment of mechanical contact with the fixing flange 5 of the screen 4.
  • a first face 19 of the annular portion 9 is in contact with an axial surface 10a of the first element 1a of the insulator 1.
  • a second face 20 of the annular portion 9, opposite the first face 19, is in contact with an axial surface of the second element 1b of the insulator 1.
  • the annular portion 9 extends towards the axis D of the toroidal portion 8 in an equatorial plane P8 of the toroidal portion 8.
  • the thickness of the annular part 9 is smaller than the diameter of the toroidal part 8.
  • the annular part 9 can therefore be easily inserted into the space separating the axial surface 10a of the first element 1a from the axial surface 10b of the second element 1b.
  • the toroidal part 8 is represented by taking into account, schematically, the deformation undergone in contact with the external surface 11a, 11b of the insulator 1.
  • the annular portion 9 of the seal 7 is distant from the fixing flange 5 of the screen 4.
  • annular portion 9 of the seal 7 is distant from an external lateral surface 17 of the fixing flange 5 of the screen 4.
  • a lateral surface 18 of the annular portion 9 of the seal 7 is thus distant from the outer lateral surface 17 of the fixing flange 5 of the screen 4, in a radial direction.
  • An outer lateral surface 17 of the fixing flange 5, a lateral surface 18 of the annular portion 9 of the seal 7, an axial surface 10a of the first element 1a and an axial surface 10b of the second element 1b define a volume V of annular shape.
  • the volume V separating the annular portion 9 of the seal 7 and the fixing flange 5 of the screen 4 can be completely filled with an electrically conductive grease.
  • the cavity delimited by the outer lateral surface 17 of the fixing flange 5, the lateral surface 18 of the annular portion 9 of the seal 7, an axial surface 10a of the first element 1a and an axial surface 10b of the second element 1b is filled, partially or totally, with an electrically conductive grease.
  • a ratio between the diameter of a cross-section of the toroidal part 8 and the outer diameter De-1 of the insulator 1 is between 0.05 and 0.2.
  • a ratio between the inner diameter of the toroidal part 8 and the outer diameter De-1 of the insulator 1 is between 0.8 and 0.95.
  • a portion of the first element 1a in contact with the seal 7 comprises a chamfer 14a.
  • a portion of the second element 1b in contact with the seal 7 comprises a chamfer 14b.
  • the chamfer 14a of the first element 1a connects a portion of the axial surface 10a of the first element 1a and a portion of the outer lateral surface 11a of the first element 1a.
  • the chamfers 14a, 14b facilitate the insertion of the seal 7 between the axial surfaces 10a, 10b of the first element 1a and the second element 1b.
  • a conditioning process can be applied to a vacuum bulb. This conditioning is applied when the bulb is new, before it is installed in an electrical appliance.
  • the invention also relates to a method of packaging a vacuum ampoule 50.
  • seal 7 for the conditioning phase of the vacuum interrupter 50 makes it possible to increase the voltage between the electrical contacts 2, 3 without creating a discharge between the insulation of the vacuum interrupter 50 and the external environment.
  • Electric arcs can be created in a preferential manner between the electrical contacts 2, 3, which makes it possible to increase the voltage at which the conditioning is carried out.
  • the duration of the conditioning phase of the vacuum interrupter 50 can thus be shortened.
  • Step (vi) is optional.
  • the seal 7 can remain mounted on the vacuum bulb 50 for the entire duration of use of the vacuum bulb 50.
  • the bulb is thus mounted in an electrical device equipped with its seal 7.
  • the presence of the seal 7 makes it possible to improve the dielectric strength in service of the vacuum interrupter 50, and also to accelerate the conditioning phase.
  • Step (vi) of dismantling the seal 7 is thus replaced by a step: (vi') hold the seal 7 on the vacuum bulb 50 until the vacuum bulb 50 is mounted in an electrical device.
  • the electrical device can be, for example, a circuit breaker.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Il est proposé une ampoule à vide (50) de moyenne ou haute tension, comprenant :- un isolant formant une enceinte de réception, l'isolant étant formé de deux éléments (1a, 1b) coaxiaux,- deux contacts électriques disposés dans l'isolant, configurés pour être déplacés l'un par rapport à l'autre entre une position de fermeture et une position d'ouverture,- un écran (4) entourant radialement les contacts électriques, configuré pour collecter les particules métalliques émises lors du passage d'un arc électrique entre les contacts électriques de façon à protéger l'isolant des particules métalliques émises,l'écran (4) comportant une bride de fixation (5) serrée entre les deux éléments (1a, 1b) de l'isolant (1),caractérisé en ce que l'ampoule à vide (50) comprend un joint (7) en matériau semiconducteur entourant l'isolant, le joint (7) étant en contact électrique avec l'écran (4).

Description

    Domaine technique
  • La présente invention se rapporte au domaine des appareils de coupure à vide à moyenne ou haute tension, également appelés ampoules à vide ou encore ampoules sous vide. Les ampoules à vide sont utilisées dans les appareils électriques de distribution de moyenne et haute tension, c'est-à-dire des tensions supérieures à 1 kV. Les ampoules à vide sont associées à des actionneurs pour couper le courant dans une partie du circuit.
    • Technique antérieure
  • De manière bien connue, une ampoule à vide comporte deux contacts de coupure disposés en vis-à-vis. Chaque contact comprend une tige d'amenée du courant électrique, et un corps solidaire de la tige.
    Les contacts sont disposés dans une enveloppe isolante formant une enceinte étanche placée sous vide. Les contacts peuvent être déplacés l'un par rapport à l'autre. Lorsque les contacts sont en appui l'un sur l'autre, le courant peut passer d'un contact à l'autre. Lorsque les contacts sont écartés l'un de l'autre, le courant est interrompu.
  • Un écran de protection est disposé à l'intérieur de l'enveloppe isolante et entoure les contacts électriques. L'écran évite aux particules métalliques se détachant des contacts lors de la création d'un arc électrique de se déposer sur la surface interne de l'enveloppe isolante. Afin de solidariser l'écran à l'enveloppe isolante, celui-ci peut être en deux parties disposées côte à côte de manière coaxiale, et une portion de l'écran servant de bride de maintien est serrée entre les deux parties de l'enveloppe isolante. Cette portion d'écran servant de bride de maintien génère des contraintes diélectriques.
  • Il est souhaitable de disposer d'ampoules à vide pouvant supporter des tensions plus élevées, sans augmenter leur encombrement et en particulier sans augmenter leur diamètre. Les contraintes diélectriques générées par la portion d'écran servant de bride de maintien vont à l'encontre de cet objectif.
  • Il existe donc un besoin de disposer d'ampoule à vide avec une tenue diélectrique améliorée.
    • Résumé
  • A cette fin, l'invention propose une ampoule à vide de moyenne ou haute tension, comprenant :
    • un isolant formant une enceinte de réception, l'isolant étant formé de deux éléments coaxiaux,
    • deux contacts électriques disposés dans l'isolant, configurés pour être déplacés l'un par rapport à l'autre entre une position de fermeture dans laquelle les contacts électriques sont en appui l'un sur l'autre et une position d'ouverture dans laquelle les contacts électriques sont écartés l'un de l'autre,
    • un écran entourant radialement les contacts électriques, configuré pour collecter des particules métalliques émises lors du passage d'un arc électrique entre les contacts électriques de façon à protéger l'isolant des particules métalliques émises, l'écran comportant une bride de fixation serrée entre les deux éléments de l'isolant, caractérisé en ce que l'ampoule à vide comprend un joint en matériau semi-conducteur entourant l'isolant, le joint étant en contact électrique avec l'écran.
  • La présence du joint évite la création d'une triple interface où l'isolant, l'écran et le gaz entourant l'ampoule à vide se rencontrent. Grâce à la présence du joint, deux interfaces triples sont créées : une première interface entre l'isolant, une première portion du joint et le gaz entourant l'ampoule à vide, et une deuxième interface entre l'écran, l'isolant et une deuxième portion du joint. Cette séparation des interfaces permet d'augmenter la tenue diélectrique de l'ampoule à vide. La nature semi-conductrice du matériau du joint permet d'obtenir que le joint soit au potentiel électrique de l'écran dans son intégralité, ce qui permet au joint d'avoir un effet de déflecteur électrique amoindrissant le champ électrique dans cette zone. Pour une même performance, l'encombrement de l'ampoule peut être réduit, ou pour un même encombrement les performances de l'ampoule à vide peuvent être améliorées.
  • Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
  • L'ampoule à vide est étanche.
  • L'ampoule à vide est de forme générale cylindrique et s'étend selon un axe.
  • L'isolant, l'écran et les contacts électriques sont coaxiaux.
  • Selon un aspect de l'invention, le joint en matériau semi-conducteur est en copolymères butadiène-acrylonitrile.
  • Le joint est élastiquement déformable.
  • Selon un mode de réalisation de l'ampoule à vide, le joint est en contact mécanique avec la bride de fixation de l'écran.
  • Le joint est en contact mécanique avec l'isolant.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'ampoule à vide, le joint est distant de la bride de fixation de l'écran, et une surface axiale d'au moins un des deux éléments coaxiaux de l'isolant comprend un revêtement électriquement conducteur, le revêtement étant en contact avec le joint et avec la bride de fixation.
  • Le revêtement électriquement conducteur présent sur la surface axiale qui est au contact d'une part avec la bride de fixation de l'écran et d'autre part avec le joint permet d'assurer un contact électrique entre les deux pièces. Le joint et l'écran sont ainsi placés au même potentiel électrique.
  • Selon une variante de réalisation de l'ampoule à vide, ou de manière complémentaire, un espace séparant la bride de fixation de l'écran et le joint comprend une graisse électriquement conductrice.
  • La graisse est par exemple une graisse au silicone.
  • Selon un aspect de l'ampoule à vide proposée, le joint est amovible.
  • Selon un exemple d'utilisation, le joint peut ainsi être mis en place spécifiquement pour la procédure de conditionnement visant à supprimer les défauts de surface des corps de contact de l'ampoule à vide. Le joint peut ensuite être retiré pour l'utilisation de l'ampoule dans un appareil électrique.
    Selon un autre exemple d'utilisation, le joint peut être conservé pendant toute la durée d'utilisation de l'ampoule à vide.
  • Le joint peut être ajouté à l'ampoule à vide.
  • Une fois monté, le joint peut être démonté de l'ampoule à vide.
  • L'isolant a une forme de cylindre de révolution.
  • Les deux éléments de l'isolant ont la forme d'un cylindre creux.
  • Les deux éléments de l'isolant sont disposés côte à côte selon une direction axiale et sont séparés l'un de l'autre par la bride de fixation de l'écran.
  • Les deux éléments de l'isolant ont un diamètre intérieur identique.
  • Les deux éléments de l'isolant ont un diamètre extérieur identique.
  • L'isolant est en céramique.
  • L'écran comprend une portion cylindrique entourant les contacts électriques.
  • L'écran est par exemple en cuivre.
  • La bride de fixation de l'écran s'étend radialement vers l'extérieur depuis une surface extérieure de la portion cylindrique de l'écran.
  • La bride de fixation de l'écran s'étend dans un plan transverse à l'axe de l'écran.
  • La bride de fixation de l'écran est de forme annulaire.
  • La bride de fixation de l'écran est en cuivre.
  • La bride de fixation de l'écran est en contact avec chacun des deux éléments de l'isolant.
  • La bride de fixation de l'écran est comprimée selon une direction axiale entre les deux éléments de l'isolant.
  • La liaison entre la bride de fixation de l'écran et chacun des deux éléments de l'isolant est étanche.
  • Une surface axiale du premier élément est en contact avec une première face de la bride de fixation de l'écran.
  • Une surface axiale du deuxième élément est en contact avec une deuxième face de la bride de fixation de l'écran.
  • Une surface latérale extérieure de la bride de fixation est radialement en retrait d'une surface latérale extérieure du premier élément de l'isolant. De la même manière, la surface latérale extérieure de la bride de fixation est radialement en retrait d'une surface latérale extérieure du deuxième élément de l'isolant.
  • Un diamètre extérieur de la bride de fixation est supérieur à un diamètre moyen du premier élément et du deuxième élément.
  • Le joint recouvre en partie une surface latérale extérieure du premier élément et une surface latérale extérieure du deuxième élément.
  • Le joint recouvre en partie une surface axiale du premier élément et une surface axiale du deuxième élément.
  • Selon un mode de réalisation de l'ampoule à vide, le joint est de forme toroïdale lorsque le joint est à l'état libre.
  • Selon un exemple de réalisation, un diamètre d'une section transversale du joint est compris entre 5 millimètres et 40 millimètres.
  • Selon un exemple de réalisation, un diamètre moyen du joint est compris entre 50 millimètres et 200 millimètres.
  • De préférence, un rapport du diamètre d'une section transversale du joint et du diamètre moyen du joint est compris entre 0,05 et 0,2.
  • Ce facteur de forme permet au joint de bien épouser la forme des extrémités des éléments de l'isolant, tout en permettant également suffisamment de recouvrement des portions d'extrémité axiales des éléments.
  • Selon un mode de réalisation de l'ampoule à vide, le joint comprend à l'état libre :
    • une portion toroïdale,
    • une portion annulaire s'étendant radialement vers l'intérieur, la portion annulaire étant en contact avec le premier élément et avec le deuxième élément selon une direction axiale.
  • La partie annulaire permet au joint d'avoir une forme facilitant l'établissement d'un contact mécanique avec la bride de fixation de l'écran.
  • Une première face de la portion annulaire est en contact avec une surface axiale du premier élément de l'isolant.
  • Une deuxième face de la portion annulaire, opposée à la première face, est en contact avec une surface axiale du deuxième élément de l'isolant.
  • La portion annulaire s'étend vers l'axe de la portion toroïdale dans un plan équatorial de la partie toroïdale.
  • Selon un mode de réalisation de l'ampoule à vide, la portion annulaire du joint est distante de la bride de fixation de l'écran.
  • Plus précisément, la portion annulaire du joint est distante d'une surface latérale extérieure de la bride de fixation de l'écran.
  • Une surface latérale de la portion annulaire du joint est distante de la surface latérale extérieure de la bride de fixation de l'écran, selon une direction radiale.
  • Une surface latérale extérieure de la bride de fixation, une surface latérale de la portion annulaire du joint, une surface axiale du premier élément et une surface axiale du deuxième élément définissent un volume de forme annulaire.
  • Un volume séparant la portion annulaire du joint et la bride de fixation de l'écran est rempli au moins partiellement d'une graisse électriquement conductrice.
  • Le volume séparant la portion annulaire du joint et la bride de fixation de l'écran peut être totalement rempli d'une graisse électriquement conductrice.
  • La cavité délimitée par la surface latérale extérieure de la bride de fixation, la surface latérale de la portion annulaire du joint, une surface axiale du premier élément et une surface axiale du deuxième élément est remplie, partiellement ou totalement, d'une graisse électriquement conductrice.
  • Un rapport entre le diamètre d'une section transversale de la partie toroïdale et le diamètre extérieur de l'isolant est compris entre 0,05 et 0,2.
  • Un rapport entre le diamètre intérieur de la partie toroïdale et le diamètre extérieur de l'isolant est compris entre 0,8 et 0,95.
  • Une portion du premier élément en contact avec le joint comprend un chanfrein.
  • De même, une portion du deuxième élément en contact avec le joint comprend un chanfrein.
  • L'invention se rapporte également à un procédé de conditionnement d'une ampoule à vide.
  • Le procédé comporte les étapes :
    1. (i) fournir une ampoule à vide comportant :
      • un isolant formant une enceinte de réception, l'isolant étant formé de deux éléments coaxiaux,
      • une paire de contacts électriques disposée dans l'isolant, comprenant un contact mobile et un contact fixe,
      • un écran entourant radialement les contacts électriques, configuré pour collecter les particules métalliques émises lors du passage d'un arc électrique entre les contacts électriques de façon à protéger l'isolant des particules métalliques émises, l'écran comportant une bride de fixation serrée entre les deux éléments de l'isolant,
    2. (ii) fournir un joint,
    3. (iii) équiper l'ampoule à vide d'un joint entourant l'isolant, le joint étant en contact électrique avec l'écran,
    4. (iv) écarter les contacts de l'ampoule à vide et augmenter une tension électrique entre les contacts électriques jusqu'à créer un arc électrique entre les contacts,
    5. (v) itérer l'étape de création d'un arc électrique de façon à réaliser un conditionnement des surfaces des contacts électriques,
    6. (vi) démonter le joint de l'ampoule à vide.
  • L'ajout du joint pour la phase de conditionnement de l'ampoule à vide permet d'augmenter la tension entre les contacts électriques sans créer de décharge entre l'isolant de l'ampoule à vide et l'environnement extérieur.
    Des arcs électriques peuvent être crées de manière privilégiée entre les contacts électriques, ce qui permet d'accélérer le conditionnement de l'ampoule à vide.
    • L'étape (vi) est optionnelle.
  • Selon une variante du procédé de conditionnement proposé, le joint peut rester monté sur l'ampoule à vide pour toute la durée d'utilisation de l'ampoule à vide. Dans ce cas, l'ampoule est montée dans un appareil électrique équipée de son joint. La présence du joint permet d'améliorer la tenue diélectrique de l'ampoule à vide en service.
  • L'étape (vi) de démontage du joint est ainsi remplacée par une étape :
    (vi') maintenir le joint sur l'ampoule à vide jusqu'au montage de l'ampoule à vide dans un appareil électrique.
    • Brève description des dessins
  • D'autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l'analyse des dessins annexés, sur lesquels :
    • La figure 1 est une vue schématique de côté d'une ampoule à vide,
    • La figure 2 est une vue de côté, en coupe, d'une ampoule à vide,
    • La figure 3 est une vue de côté d'une ampoule à vide selon un mode de réalisation de l'invention,
    • La figure 4 est une vue partielle, de côté et en coupe, de l'ampoule à vide de la figure 3, non équipée de son joint,
    • La figure 5 est une vue partielle, de côté et en coupe, de l'ampoule à vide de la figure 3,
    • La figure 6 est une vue partielle, de côté et en coupe, d'une variante de réalisation de l'ampoule à vide de la figure 3,
    • La figure 7 représente un joint équipant une ampoule à vide selon un mode de réalisation,
    • La figure 8 représente un joint équipant une ampoule à vide selon un autre mode de réalisation,
    • La figure 9 est un schéma bloc d'un procédé de conditionnement d'une ampoule à vide selon l'invention.
    Description des modes de réalisation :
  • Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n'implique pas une priorité d'un élément, ou paramètre par rapport à un autre et on peut interchanger les dénominations. Quand il est précisé qu'un sous-système comporte un élément donné, cela n'exclut pas la présence d'autres éléments dans ce sous-système. De même, quand il est précisé qu'un sous-système comprend un élément donné, il est entendu que le sous-système comprend au moins cet élément.
  • Sur les différentes figures, les axes X, Y, Z désignent les trois directions de l'espace afin d'identifier l'angle de vue de chaque figure.
  • On a représenté sur la figure 1 ainsi que sur la figure 2 une ampoule à vide 50 de moyenne ou haute tension.
  • L'ampoule à vide 50 comporte :
    • un premier contact 2 de coupure électrique,
    • un deuxième contact 3 de coupure électrique.
  • Au moins l'un parmi le premier contact 2 et le deuxième contact 3 est configuré pour être déplacé selon un axe D entre une position dite ouverte O dans laquelle les contacts électriques 2, 3 sont écartés l'un de l'autre, et une position dite fermée F dans laquelle les contacts électriques 2, 3 sont en appui l'un sur l'autre de façon à permettre un passage de courant électrique entre le premier contact 2 et le deuxième contact 3.
  • L'ampoule à vide 50 fait partie d'un dispositif de coupure de moyenne tension, comme un disjoncteur ou un sectionneur.
  • Sur la partie A de la figure 1, les contacts 2, 3 de coupure électrique sont en contact l'un avec l'autre, et un courant électrique peut circuler. Sur la partie A de la figure 1, le signe C schématise le passage du courant électrique.
  • Lorsque les contacts 2, 3 sont écartés l'un de l'autre, la circulation de courant électrique est interrompue, généralement après une période transitoire durant laquelle un arc électrique est présent entre les deux contacts électriques 2, 3.
  • Sur la partie B de la figure 1, les contacts électriques sont écartés d'une distance schématisée par le signe g, et la circulation de courant électrique d'un contact à l'autre est interrompue.
  • Le premier contact électrique 2 comprend une tige cylindrique 22 et un corps de contact 21 en forme de disque. Le corps de contact 21 est solidaire de la tige 22 s'étend transversalement à la tige cylindrique 22.
    De même, le deuxième contact électrique 3 comprend une tige cylindrique 32 et un corps de contact 31 en forme de disque, solidaire de la tige cylindrique 32 et s'étendant transversalement à la tige cylindrique 32.
    Chaque corps de contact 21, 31 est fixé respectivement à la tige cylindrique 22, 32, par exemple par brasure.
    Lorsque les contacts électriques 2, 3 sont en contact, le corps de contact 21 et le corps de contact 31 sont en appui l'un sur l'autre. En position de fermeture, un ressort, non représenté, maintient une précharge entre les corps de contacts 21,31. Autrement dit, une pression de contact est appliquée en position de fermeture entre les corps de contact 21,31, cette pression de contact étant déterminée par la force appliquée par le ressort.
    Le ressort de précharge fait partie du mécanisme de commande de l'ampoule à vide 50.
    Les contacts électriques 2,3 sont disposés dans une enveloppe isolante, encore appelée isolant 1.
    Un écran de protection 4 est disposé à l'intérieur de l'isolant 1, radialement disposé entre les contacts électriques 2,3 et la paroi intérieure de l'isolant 1. L'écran de protection 4 évite aux particules métalliques se détachant des contacts 2,3 lors de la création d'arcs électriques de se déposer sur la surface interne de l'isolant 1.
  • La figure 3 est une vue extérieure de l'ampoule à vide 50 proposée.
  • L'ampoule à vide 50 de moyenne ou haute tension comprend:
    • un isolant 1 formant une enceinte de réception, l'isolant 1 étant formé de deux éléments 1a, 1b coaxiaux,
    • deux contacts électriques 2, 3 disposés dans l'isolant 1, configurés pour être déplacés l'un par rapport à l'autre entre une position de fermeture F dans laquelle les contacts électriques 2, 3 sont en appui l'un sur l'autre et une position d'ouverture O dans laquelle les contacts électriques 2, 3 sont écartés l'un de l'autre,
    • un écran 4 entourant radialement les contacts électriques 2, 3, configuré pour collecter des particules métalliques émises lors du passage d'un arc électrique entre les contacts électriques 2, 3 de façon à protéger l'isolant 1 des particules métalliques émises.
  • L'écran 4 comporte une bride de fixation 5 serrée entre les deux éléments 1a, 1b de l'isolant 1.
  • L'ampoule à vide 50 comprend un joint 7 en matériau semi-conducteur entourant l'isolant 1, le joint 7 étant en contact électrique avec l'écran 4.
  • La présence du joint 7 évite la création d'une interface triple où l'isolant 1, l'écran 4 et le gaz entourant l'ampoule à vide 50 se rencontreraient. Grâce à la présence du joint 7, deux interfaces triples distinctes sont créées : une première interface triple entre l'isolant 1, une première portion du joint 7 et le gaz entourant l'ampoule à vide 50, et une deuxième interface triple entre l'écran 4, l'isolant 1 et une deuxième portion du joint 7.
  • Cette séparation des interfaces triples permet d'augmenter la tenue diélectrique de l'ampoule à vide 50. La nature semi-conductrice du matériau du joint 7 permet d'obtenir que le joint 7 soit au potentiel électrique de l'écran 4 dans son intégralité, ce qui permet au joint 7 d'avoir un effet de déflecteur électrique amoindrissant le champ électrique dans cette zone. Pour une même performance, l'encombrement de l'ampoule peut être réduit, ou pour un même encombrement les performances de l'ampoule à vide peuvent être améliorées.
  • L'ampoule à vide 50 est de forme générale cylindrique et s'étend selon un axe D.
  • L'isolant 1 a une forme de cylindre de révolution.
  • Les deux éléments 1a, 1b de l'isolant 1 ont la forme d'un cylindre creux. Les deux éléments 1a, 1b de l'isolant 1 sont disposés côte à côte selon une direction axiale et sont séparés l'un de l'autre par la bride de fixation 5 de l'écran 4. L'isolant 1, l'écran 4 et les contacts électriques 2, 3 sont coaxiaux. L'axe D est l'axe commun du premier élément 1a de l'isolant 1, du deuxième élément 1b du deuxième élément 1b de l'isolant 1, de l'écran 4, du premier contact électrique 2 et du deuxième contact électrique 3.
  • La figure 4 représente une ampoule à vide 50 dans laquelle le joint 7 n'est pas monté.
  • Les deux éléments 1a, 1b de l'isolant 1 ont un diamètre intérieur identique. Ce diamètre intérieur est désigné par le signe Di-1 sur la figure 4.
  • Les deux éléments 1a, 1b de l'isolant 1 ont un diamètre extérieur identique. Ce diamètre extérieur est désigné par le signe De-1 sur la figure 4.
  • L'isolant 1 est en céramique.
  • L'isolant 1 est par exemple en alumine. (formule chimique Al2O3)
  • Plus précisément, chaque élément 1a, 1b est en céramique, par exemple en alumine.
  • L'écran 4 comprend une portion cylindrique 6 entourant les contacts électriques 2,3.
  • La portion cylindrique 6 s'étend le long des tiges 22, 32 et est en vis-à-vis des corps de contact 21, 31.
  • L'écran 4 est par exemple en cuivre.
  • La bride de fixation 5 de l'écran 4 s'étend radialement vers l'extérieur depuis une surface extérieure 6e de la portion cylindrique 6 de l'écran 4.
  • La bride de fixation 5 de l'écran 4 s'étend dans un plan P transverse à l'axe D de l'écran 4.
  • La bride de fixation 5 de l'écran 4 est de forme annulaire.
  • La bride de fixation 5 de l'écran 4 est en cuivre.
  • La bride de fixation 5 de l'écran 4 est fixée à la portion cylindrique 6 entourant les contacts électriques 2,3 par brasure.
  • La bride de fixation 5 et la partie cylindrique 6 de l'écran 4 sont ainsi au même potentiel électrique.
  • La bride de fixation 5 de l'écran 4 est en contact avec chacun des deux éléments 1a, 1b de l'isolant 1.
  • La bride de fixation 5 de l'écran 4 est comprimée selon une direction axiale entre les deux éléments 1a, 1b de l'isolant 1.
  • La liaison entre la bride de fixation 5 de l'écran 4 et chacun des deux éléments 1a, 1b de l'isolant est étanche.
  • Une surface axiale 10a du premier élément 1a est en contact avec une première face 15 de la bride de fixation 5 de l'écran 4.
  • Une surface axiale 10b du deuxième élément 1b est en contact avec une deuxième face 16 de la bride de fixation 5 de l'écran 4.
  • L'ampoule à vide 50 est étanche.
  • La pression à l'intérieur de l'ampoule à vide 50 est par exemple inférieure à 10-4 millibar.
  • Le milieu gazeux dans lequel l'ampoule à vide 50 est disposée est par exemple l'air ambiant. L'air ambient dans lequel l'ampoule à vide est placée est schématisé par les signes A sur les figures 4, 5, 6.
  • Une surface latérale extérieure 17 de la bride de fixation 5 est radialement en retrait d'une surface latérale extérieure 11a du premier élément 1a de l'isolant 1. De la même manière, la surface latérale extérieure 17 de la bride de fixation 5 est radialement en retrait d'une surface latérale extérieure 11b du deuxième élément 1b de l'isolant 1.
  • Un diamètre extérieur De-5 de la bride de fixation 5 est supérieur à un diamètre moyen Dm-1 du premier élément 1a et du deuxième élément 1b.
  • Le diamètre moyen Dm-1 du premier élément 1a est la moyenne entre le diamètre intérieur Di-1 et le diamètre extérieur De-1.
  • La figure 5 et la figure 6 sont des vues la zone désignée par le signe F sur la figure 4.
  • Sur ces figures, l'ampoule à vide 50 est équipée d'un joint 7.
  • Le joint 7 en matériau semi-conducteur est en copolymères butadiène-acrylonitrile.
  • Cette matière est également appelée caoutchouc nitrile, et est couramment désignée par l'acronyme Anglais NBR pour « nitrile butadiene rubber ».
  • Le joint 7 est élastiquement déformable.
  • Le joint 7 est sur l'exemple illustré une pièce monobloc.
  • Le joint 7 est par exemple obtenu par moulage.
  • Selon un mode de réalisation de l'ampoule à vide 50 illustré sur la figure 5, le joint 7 est en contact mécanique avec la bride de fixation 5 de l'écran 4.
  • Le contact électrique entre le joint 7 et la bride de fixation 5 de l'écran 4 est alors obtenu par établissement d'un contact mécanique direct entre les deux pièces.
  • Le joint 7 est en contact mécanique avec l'isolant 1.
  • Plus précisément, le joint 7 est en contact mécanique avec le premier élément 1a de l'isolant 1. Le joint 7 est aussi en contact mécanique avec le deuxième élément 1b de l'isolant 1.
  • Le joint 7 entoure l'isolant 1 et couvre en partie la surface extérieure 11a du premier élément 1a de l'isolant 1, ainsi que la surface extérieure 11b du deuxième élément 1b.
  • Le joint 7 recouvre en partie une surface latérale extérieure 11a du premier élément 1a et une surface latérale extérieure 11b du deuxième élément 1b.
  • Le joint 7 recouvre en partie une surface axiale 10a du premier élément 1a et une surface axiale 10b du deuxième élément 1b.
  • La figure 6 illustre un mode de réalisation de l'ampoule à vide 50 dans lequel le joint 7 est distant de la bride de fixation 5 de l'écran 4.
  • Un espace désigné par le signe V sépare radialement la bride de fixation 5 et l'écran 4. Le joint 7 n'est pas en contact mécanique avec la bride de fixation 5 de l'écran 4.
  • Une surface axiale 10a, 10b d'au moins un des deux éléments 1a, 1b coaxiaux de l'isolant 1 comprend un revêtement 14 électriquement conducteur, le revêtement 14 étant en contact avec le joint 7 et avec la bride de fixation 5.
  • Le revêtement 14 électriquement conducteur est présent sur une surface axiale d'au moins un élément 1a, 1b, cette surface axiale étant en contact d'une part avec la bride de fixation 5 de l'écran 4 et d'autre part avec le joint 7. Le revêtement 14 permet d'assurer une continuité électrique entre le joint 7 et la bride de fixation 5. Le joint 7 et l'écran 4 sont ainsi placés au même potentiel électrique.
  • Le revêtement 14 est par exemple une couche métallique déposée sur la l'extrémité axiale d'un élément de l'isolant 1.
  • Selon l'exemple de la figure 6, seul le premier élément 1a de l'isolant 1 comprend le revêtement 14 électriquement conducteur.
  • Selon un exemple non représenté, le premier élément 1a et le deuxième élément 1b comprenne chacun un revêtement électriquement conducteur déposé sur leur extrémité axiale respective.
  • Un espace V séparant la bride de fixation 5 de l'écran 4 et le joint 7 comprend une graisse électriquement conductrice.
  • Le contact électrique entre le joint 7 et la bride de fixation 5 de l'écran 4 peut être obtenu, ou complété, grâce à la conduction électrique de la graisse intercalée entre le joint 7 et la bride de fixation 5 de l'écran 4.
  • De plus, la graisse disposée dans l'espace annulaire V entre le joint 7 et la bride de fixation 5 de l'écran 4 permet d'éviter la présence de bulles d'air dans cet espace séparant les deux pièces.
  • La graisse est par exemple une graisse au silicone.
  • Le joint 7 est amovible.
  • Selon un exemple d'utilisation, le joint 7 peut ainsi être mis en place spécifiquement pour la procédure de conditionnement réalisée lors de la fabrication de l'ampoule à vide 50.
  • Cette procédure de conditionnement vise à supprimer les défauts de surface des corps de contact 21, 31 de l'ampoule à vide 50.
  • Pour cela, des arc électriques sont créés entre les contacts, et ces arcs électriques permettent de faire fondre et disparaître les défauts de surface formant des singularités anguleuses sur la surface des corps de contact neufs.
  • Le joint 7 peut ensuite être retiré une fois que la procédure de conditionnement de l'ampoule à vide 50 est terminée. Le joint 7 est ainsi absent de l'ampoule à vide 50 lors de l'utilisation de l'ampoule à vide 50 dans un appareil électrique.
  • Selon un autre exemple d'utilisation, le joint 7 peut être conservé pendant toute la durée d'utilisation de l'ampoule à vide 50.
  • Le joint 7 est par exemple installé avant la procédure de conditionnement et est ensuite laissé en place.
  • Le joint 7 peut être ajouté à l'ampoule à vide 50.
  • Une fois monté, le joint 7 peut être démonté de l'ampoule à vide 50.
  • De multiples montages et démontage successifs peuvent être réalisés sans endommager le joint 7.
  • Le joint 7 peut par exemple être démonté pour faciliter le montage de l'ampoule à vide 50 dans un appareil électrique.
  • Selon un mode de réalisation de l'ampoule à vide 50, le joint 7 est de forme toroïdale lorsque le joint 7 est à l'état libre.
  • Autrement dit, le joint a la forme d'un tore en absence de contrainte mécanique susceptible de déformer le joint.
  • La figure 7 représente le joint 7 à l'état libre, c'est-à-dire non monté sur l'ampoule à vide 50.
  • Selon un exemple de réalisation, un diamètre Dt-7 d'une section transversale du joint 7 est compris entre 5 millimètres et 40 millimètres.
  • Le diamètre Dt-7 d'une section transversale du joint 7 est le diamètre à l'état libre, c'est-à-dire sans déformation. C'est donc la dimension lorsque le joint 7 n'est pas monté sur l'ampoule à vide 50.
  • Le diamètre Dt-7 est également appelé diamètre de tore.
  • Selon un exemple de réalisation, un diamètre moyen Dm-7 du joint 7 est compris entre 50 millimètres et 200 millimètres.
  • On entend par diamètre moyen du tore la moyenne entre le diamètre intérieur Di-7 du tore et le diamètre extérieur De-7 du tore.
  • Comme précédemment, le diamètre moyen Dm-7 du joint 7 est le diamètre à l'état libre, c'est-à-dire sans déformation.
  • Le diamètre intérieur Di-7 et le diamètre extérieur De-7 sont mesurés parallèlement au plan équatorial P7 du joint 7.
  • De préférence, un rapport du diamètre Dt-7 d'une section transversale du joint 7 et du diamètre moyen Dm-7 du joint 7 est compris entre 0,05 et 0,2.
  • Ce facteur de forme permet au joint 7 de bien épouser la forme des extrémités de la surface latérale des éléments 1a, 1b de l'isolant 1, tout en permettant également suffisamment de recouvrement des portions d'extrémité axiales 10a, 10b des éléments 1a, 1b.
  • Selon les modes de réalisation illustré sur les figures 5 et 6, le joint 7 comprend à l'état libre :
    • une portion toroïdale 8,
    • une portion annulaire 9 s'étendant radialement vers l'intérieur, la portion annulaire 9 étant en contact avec le premier élément 1a et avec le deuxième élément 1b selon une direction axiale.
  • La partie annulaire 9 permet au joint 7 avoir une forme facilitant l'établissement d'un contact mécanique avec la bride de fixation 5 de l'écran 4.
  • Une première face 19 de la portion annulaire 9 est en contact avec une surface axiale 10a du premier élément 1a de l'isolant 1.
  • Une deuxième face 20 de la portion annulaire 9, opposée à la première face 19, est en contact avec une surface axiale du deuxième élément 1b de l'isolant 1.
  • La portion annulaire 9 s'étend vers l'axe D de la portion toroïdale 8 dans un plan équatorial P8 de la partie toroïdale 8.
  • L'épaisseur de la partie annulaire 9 est plus faible que le diamètre de la partie toroïdale 8. La partie annulaire 9 peut donc s'insérer facilement dans l'espace séparant la surface axiale 10a du premier élément 1a de la surface axiale 10b du deuxième élément 1b.
  • Sur la figure 5 et sur la figure 6, la partie toroïdale 8 est représentée en prenant en compte, de manière schématique, la déformation subie au contact de la surface extérieure 11a, 11b de l'isolant 1.
  • Selon le mode de réalisation de la figure 6, la portion annulaire 9 du joint 7 est distante de la bride de fixation 5 de l'écran 4.
  • Plus précisément, la portion annulaire 9 du joint 7 est distante d'une surface latérale extérieure 17 de la bride de fixation 5 de l'écran 4.
  • Une surface latérale 18 de la portion annulaire 9 du joint 7 est ainsi distante de la surface latérale extérieure 17 de la bride de fixation 5 de l'écran 4, selon une direction radiale.
  • Autrement dit, un jeu radial est présent entre la portion annulaire 9 du joint 7 et la bride de fixation 5 de l'écran 4.
  • Une surface latérale extérieure 17 de la bride de fixation 5, une surface latérale 18 de la portion annulaire 9 du joint 7, une surface axiale 10a du premier élément 1a et une surface axiale 10b du deuxième élément 1b définissent un volume V de forme annulaire.
  • Le volume V séparant la portion annulaire 9 du joint 7 et la bride de fixation 5 de l'écran 4 est rempli au moins partiellement d'une graisse électriquement conductrice.
  • Le volume V séparant la portion annulaire 9 du joint 7 et la bride de fixation 5 de l'écran 4 peut être totalement rempli d'une graisse électriquement conductrice.
  • La cavité délimitée par la surface latérale extérieure 17 de la bride de fixation 5, la surface latérale 18 de la portion annulaire 9 du joint 7, une surface axiale 10a du premier élément 1a et une surface axiale 10b du deuxième élément 1b est remplie, partiellement ou totalement, d'une graisse électriquement conductrice.
  • Un rapport entre le diamètre d'une section transversale de la partie toroïdale 8 et le diamètre extérieur De-1 de l'isolant 1 est compris entre 0,05 et 0,2.
  • Un rapport entre le diamètre intérieur de la partie toroïdale 8 et le diamètre extérieur De-1 de l'isolant 1 est compris entre 0,8 et 0,95.
  • Une portion du premier élément 1a en contact avec le joint 7 comprend un chanfrein 14a.
  • De même, une portion du deuxième élément 1b en contact avec le joint 7 comprend un chanfrein 14b.
  • Le chanfrein 14a du premier élément 1a relie une portion de la surface axiale 10a du premier élément 1a et une portion de la surface latérale extérieure 11a du premier élément 1a.
  • Il est en de même pour le chanfrein 14b du deuxième élément 1b.
  • Les chanfreins 14a, 14b facilitent l'insertion du joint 7 entre les surfaces axiales 10a, 10b du premier élément 1a et du deuxième élément 1b.
  • Un procédé de conditionnement peut être appliqué à une ampoule à vide. Ce conditionnement est appliqué lorsque l'ampoule est neuve, avant que celle-ci soit monté sur un appareil électrique.
  • L'invention se rapporte également à un procédé de conditionnement d'une ampoule à vide 50.
  • Le procédé de conditionnement d'une ampoule à vide 50 comporte les étapes :
    1. (i) fournir une ampoule à vide 50 comportant :
      • -- un isolant 1 formant une enceinte de réception, l'isolant 1 étant formé de deux éléments 1a, 1b coaxiaux,
      • -- une paire de contacts électriques 2, 3 disposée dans l'isolant 1, comprenant un contact mobile 2 et un contact fixe 3,
      • -- un écran 4 entourant radialement les contacts électriques 2, 3, configuré pour collecter les particules métalliques émises lors du passage d'un arc électrique entre les contacts électriques 2, 3 de façon à protéger l'isolant 1 des particules métalliques émises,
      l'écran 4 comportant une bride de fixation 5 serrée entre les deux éléments 1a, 1b de l'isolant 1,
    2. (ii) fournir un joint 7,
    3. (iii) équiper l'ampoule à vide 50 d'un joint 7 entourant l'isolant 1, le joint 7 étant en contact électrique avec l'écran 4,
    4. (iv) écarter les contacts de l'ampoule à vide 50 et augmenter une tension électrique entre les contacts électriques 2, 3 jusqu'à créer un arc électrique entre les contacts 2,3,
    5. (v) itérer l'étape (iv) de création d'un arc électrique de façon à réaliser un conditionnement des surfaces des contacts électriques 2,3,
    6. (vi) démonter le joint 7 de l'ampoule à vide 50.
  • L'ajout du joint 7 pour la phase de conditionnement de l'ampoule à vide 50 permet d'augmenter la tension entre les contacts électriques 2, 3 sans créer de décharge entre l'isolant de l'ampoule à vide 50 et l'environnement extérieur.
  • Des arcs électriques peuvent être crées de manière privilégiée entre les contacts électriques 2,3, ce qui permet d'augmenter la tension à laquelle le conditionnement est réalisé. La durée de la phase de conditionnement de l'ampoule à vide 50 peut ainsi être raccourcie.
    • L'étape (vi) est optionnelle.
  • Selon une variante du procédé de conditionnement proposé, le joint 7 peut rester monté sur l'ampoule à vide 50 pour toute la durée d'utilisation de l'ampoule à vide 50.
  • L'ampoule est ainsi montée dans un appareil électrique équipée de son joint 7.
  • La présence du joint 7 permet d'améliorer la tenue diélectrique en service de l'ampoule à vide 50, et plus de permettre d'accélérer la phase de conditionnement.
  • L'étape (vi) de démontage du joint 7 est ainsi remplacée par une étape :
    (vi') maintenir le joint 7 sur l'ampoule à vide 50 jusqu'au montage de l'ampoule à vide 50 dans un appareil électrique.
  • L'appareil électrique peut être par exemple un disjoncteur.

Claims (14)

  1. Ampoule à vide (50) de moyenne ou haute tension, comprenant :
    - un isolant (1) formant une enceinte de réception, l'isolant (1) étant formé de deux éléments (1a, 1b) coaxiaux,
    - deux contacts électriques (2, 3) disposés dans l'isolant (1), configurés pour être déplacés l'un par rapport à l'autre entre une position de fermeture (F) dans laquelle les contacts électriques (2, 3) sont en appui l'un sur l'autre et une position d'ouverture (O) dans laquelle les contacts électriques (2, 3) sont écartés l'un de l'autre,
    - un écran (4) entourant radialement les contacts électriques (2, 3), configuré pour collecter des particules métalliques émises lors du passage d'un arc électrique entre les contacts électriques (2, 3) de façon à protéger l'isolant (1) des particules métalliques émises,
    l'écran (4) comportant une bride de fixation (5) serrée entre les deux éléments (1a, 1b) de l'isolant (1),
    caractérisé en ce que l'ampoule à vide (50) comprend un joint (7) amovible en matériau semi-conducteur entourant l'isolant (1), le joint (7) étant en contact électrique avec l'écran (4).
  2. Ampoule à vide (50) selon la revendication 1, dans laquelle le joint (7) en matériau semi-conducteur est en copolymères butadiène-acrylonitrile.
  3. Ampoule à vide (50) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le joint (7) est en contact mécanique avec la bride de fixation (5) de l'écran (4).
  4. Ampoule à vide (50) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le joint (7) est distant de la bride de fixation (5) de l'écran (4), et dans laquelle une surface axiale (10a, 10b) d'au moins un des deux éléments (1a, 1b) coaxiaux de l'isolant (1) comprend un revêtement (14) électriquement conducteur, le revêtement (14) étant en contact avec le joint (7) et avec la bride de fixation (5).
  5. Ampoule à vide (50) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle un espace (V) séparant la bride de fixation (5) de l'écran (4) et le joint (7) comprend une graisse électriquement conductrice.
  6. Ampoule à vide (50) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle :
    - le joint (7) recouvre en partie une surface latérale extérieure (11a) du premier élément (1a) et une surface latérale extérieure (11b) du deuxième élément (1b), et
    - le joint (7) recouvre en partie une surface axiale (10a) du premier élément (1a) et une surface axiale (10b) du deuxième élément (1b).
  7. Ampoule à vide (50) selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle le joint (7) est de forme toroïdale lorsque le joint (7) est à l'état libre.
  8. Ampoule à vide (50) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle un rapport d'un diamètre (Dt-7) d'une section transversale du joint (7) et d'un diamètre moyen (Dm-7) du joint (7) est compris entre 0,05 et 0,2.
  9. Ampoule à vide (50) selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle le joint (7) comprend à l'état libre :
    - une portion toroïdale (8),
    - une portion annulaire (9) s'étendant radialement vers l'intérieur, la portion annulaire (9) étant en contact avec le premier élément (1a) et avec le deuxième élément (1b) selon une direction axiale.
  10. Ampoule à vide (50) selon la revendication précédente, dans laquelle la portion annulaire (9) s'étend vers l'axe de la portion toroïdale (8) dans un plan équatorial (P8) de la partie toroïdale (8).
  11. Ampoule à vide (50) selon la revendication 9 ou 10, dans laquelle un rapport entre un diamètre (Dt-8) d'une section transversale de la partie toroïdale (8) et un diamètre extérieur (De-1) de l'isolant (1) est compris entre 0,05 et 0,2.
  12. Ampoule à vide (50) selon l'une des revendications 9 à 11, dans laquelle un rapport entre un diamètre intérieur (Di-8) de la partie toroïdale (8) et un diamètre extérieur (De-1) de l'isolant (1) est compris entre 0,8 et 0,95.
  13. Ampoule à vide (50) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle :
    - une portion du premier élément (1a) en contact avec le joint (7) comprend un chanfrein (14a), et
    - une portion du deuxième élément (1b) en contact avec le joint (7) comprend un chanfrein (14b).
  14. Procédé de conditionnement d'une ampoule à vide, comportant les étapes :
    (i) fournir une ampoule à vide (50) comportant :
    - un isolant (1) formant une enceinte de réception, l'isolant (1) étant formé de deux éléments (1a, 1b) coaxiaux,
    - une paire de contacts électriques (2, 3) disposée dans l'isolant (1), comprenant un contact mobile (2) et un contact fixe (3),
    - un écran (4) entourant radialement les contacts électriques (2, 3), configuré pour collecter les particules métalliques émises lors du passage d'un arc électrique entre les contacts électriques (2, 3) de façon à protéger l'isolant (1) des particules métalliques émises,
    l'écran (4) comportant une bride de fixation (5) serrée entre les deux éléments (1a, 1b) de l'isolant (1),
    (ii) fournir un joint (7),
    (iii) équiper l'ampoule à vide (50) d'un joint (7) entourant l'isolant (1), le joint (7) étant en contact électrique avec l'écran (4),
    (iv) écarter les contacts de l'ampoule à vide (50) et augmenter une tension électrique entre les contacts électriques (2, 3) jusqu'à créer un arc électrique entre les contacts (2,3),
    (v) itérer l'étape de création d'un arc électrique de façon à réaliser un conditionnement des surfaces des contacts électriques.
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