FR3064122A1 - Joint tournant electrique haute tension - Google Patents
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Abstract
L'invention a notamment pour objet un joint tournant électrique haute tension (200) comprenant : - une première et une seconde parties (210, 250), mobiles l'une par rapport à l'autre et formant une chambre interne fermée (202), chacune des deux parties comprenant au moins un connecteur électrique (212, 252) ; - au moins une piste électrique (224) reliée électriquement à un connecteur de l'une des deux parties et au moins un bloc frotteur (266) relié électriquement à un connecteur de l'autre des deux parties, le au moins un bloc frotteur coopérant avec la au moins une piste électrique pour établir un contact électrique, la au moins une piste électrique et le au moins un bloc frotteur étant logés dans la chambre interne fermée ; la chambre interne fermée (202) étant remplie d'un gaz d'isolation diélectrique ayant une rigidité diélectrique supérieure à celle de l'air environnant le joint tournant électrique.
Description
(57) L'invention a notamment pour objet un joint tournant électrique haute tension (200) comprenant:
- une première et une seconde parties (210, 250), mobiles l'une par rapport à l'autre et formant une chambre interne fermée (202), chacune des deux parties comprenant au moins un connecteur électrique (212, 252);
- au moins une piste électrique (224) reliée électriquement à un connecteur de l'une des deux parties et au moins un bloc frotteur (266) relié électriquement à un connecteur de l'autre des deux parties, le au moins un bloc frotteur coopérant avec la au moins une piste électrique pour établir un contact électrique, la au moins une piste électrique et le au moins un bloc frotteur étant logés dans la chambre interne fermée;
la chambre interne fermée (202) étant remplie d'un gaz d'isolation diélectrique ayant une rigidité diélectrique supérieure à celle de l'air environnant le joint tournant électrique.
I Λ V u ’rS :, 25M-u -* j vj.
22C 218'3 212·3^^^^ 216’3
JOINT TOURNANT ELECTRIQUE HAUTE TENSION
La présente invention concerne les joints tournants électriques et plus particulièrement les joints tournants électriques haute tension.
Un joint tournant électrique, aussi appelé un collecteur électrique tournant ou encore un « swivel » électrique, est un dispositif électromécanique utilisé pour transférer de l’électricité entre deux parties mobiles l’une par rapport à l’autre (une partie étant considérée fixe ou « géostationnaire >> et l’autre rotative).
Le principe général d’un tel dispositif repose sur la mise en œuvre de pistes conductrices circulaires coopérant avec des blocs frotteur mobiles afin d’établir des liaisons électriques, typiquement selon plusieurs phases électriques.
Les joints tournants électriques sont couramment utilisés en robotique, notamment sur les lignes de production.
Ils sont également utilisés dans des applications plus spécifiques, par exemple en mer pour établir un lien électrique entre un équipement sousmarin et un navire.
La figure 1 illustre un tel exemple d’utilisation. Comme illustré, un joint tournant électrique 100 est ici utilisé à bord d‘un navire 105 pour établir une jonction électrique entre un câble 110 relié à un système électrique sousmarin (non représenté) et un câble 115 relié à un système électrique du navire 105.
Dans une telle application dite « offshore », le joint tournant électrique est généralement un joint tournant électrique haute tension utilisé pour des tensions supérieures 1 500 V en courant continu ou 1 000 V en courant alternatif, permettant le transfert d’une puissance électrique importante entre une structure fixe reliée au sol marin et une partie mobile telle qu’un navire flottant de production, de stockage et de déchargement (ou FPSO, sigle de Floating Production, Storage and Offloading vessel en terminologie anglosaxonne).
Les joints tournants électriques utilisés dans de telles applications doivent répondre à des exigences de qualité prédéterminées pour offrir un certain niveau de sécurité, notamment dans une atmosphère explosive.
A ces fins, les joints tournants électriques mis en œuvre comprennent généralement une chambre interne à l’intérieur de laquelle sont placés des pistes conductrices et des blocs frotteur associés. La chambre interne est remplie d’un fluide diélectrique, typiquement de l’huile.
Cette dernière permet d’isoler chaque piste conductrice afin d’éviter la formation d’arcs électriques avec des pièces conductrices voisines (en général des pièces métalliques) et de réduire la distance entre les pistes conductrices. En effet, la distance minimum entre les pistes conductrices est liée à la rigidité diélectrique du milieu dans lequel elles se trouvent, la rigidité diélectrique de l’huile pouvant être dix fois supérieure à celle de l’air (sous une pression standard, par exemple une pression normale d’une atmosphère). Il est rappelé ici que la rigidité diélectrique d’un matériau s’exprime en kV/mm (kilovolts par millimètre) et caractérise le champ électrique maximal qu’il est possible d’appliquer entre deux électrodes différentes avant qu’il ne se produise un arc électrique et donc un claquage.
Cependant, si la rigidité diélectrique de l’huile est bien supérieure à celle de l’air et permet de réduire de façon significative les distances entre les pistes conductrices, ces distances sont également liées à la tension électrique aux bornes du joint tournant électrique. Ainsi, pour des hautes tensions, les joints tournants électriques sont nécessairement de dimension importante et nécessitent une grande quantité d’huile. Il en résulte des dispositifs lourds et encombrants.
L’invention permet de résoudre au moins un des problèmes exposés précédemment.
Des modes de réalisation de l’invention concernent un joint tournant électrique haute tension comprenant :
- une première et une seconde parties, mobiles l’une par rapport à l’autre et formant une chambre interne fermée, chacune des deux parties comprenant au moins un connecteur électrique ;
- au moins une piste électrique reliée électriquement à un connecteur de l’une des deux parties et au moins un bloc frotteur relié électriquement à un connecteur de l’autre des deux parties, le au moins un bloc frotteur coopérant avec la au moins une piste électrique pour établir un contact électrique, la au moins une piste électrique et le au moins un bloc frotteur étant logés dans la chambre interne fermée ;
la chambre interne fermée étant remplie d’un gaz d’isolation diélectrique ayant une rigidité diélectrique supérieure à celle de l’air environnant le joint tournant électrique.
Le joint tournant électrique selon l’invention est notamment adapté à des applications très haute tension, par exemple des applications mettant en œuvre des tensions de l’ordre de 180kV.
Il permet en outre une faible fréquence de maintenance liée à la pollution du fluide dans la chambre interne.
De surcroît, le gaz d’isolation utilisé dans la chambre interne du joint tournant électrique voit sa rigidité diélectrique augmenter avec la pression. Par conséquent, un phénomène d’échauffement et donc de surpression intervenant à l’intérieur d’un joint tournant électrique améliore la rigidité diélectrique du gaz et réduit les risques de claquage.
Selon certains modes de réalisation, le gaz d’isolation électrique a une rigidité diélectrique supérieure à 40 kV/mm en pression de fonctionnement.
Selon certains modes de réalisation, le gaz d’isolation électrique comprend au moins l’un des gaz suivants :
- un gaz de la famille des fluoronitriles,
- le hexafluorure de soufre, et
- le trifluoroiodomethane.
Selon certains modes de réalisation, le joint tournant électrique comprend en outre au moins un support de connecteur en forme de cylindre dont une partie intérieure débouche sur la chambre interne fermée, un des connecteurs électriques étant monté sur le au moins un support de connecteur.
Selon certains modes de réalisation, le joint tournant comprend en outre au moins une vanne de vidange et/ou de remplissage montée sur le au moins un support de connecteur.
Selon certains modes de réalisation, la au moins une vanne de vidange et/ou de remplissage comprend un moyen de sécurité pour signaler une position ouverte.
Selon certains modes de réalisation, le joint tournant comprend en outre au moins un conducteur reliant électriquement au moins un connecteur à au moins un bloc frotteur.
Selon certains modes de réalisation, le au moins un conducteur maintient le bloc frotteur dans une position prédéterminée
Selon certains modes de réalisation, le joint tournant comprend en outre au moins un capteur permettant de mesurer des valeurs d’au moins un paramètre relatif à la qualité du gaz d’isolation diélectrique dont est rempli le joint tournant.
Selon certains modes de réalisation, la première partie comprend au moins une première piste électrique reliée électriquement à au moins un connecteur électrique de la première partie et au moins une seconde piste électrique reliée électriquement à au moins un élément de mise à la masse de la première partie, et la seconde partie comprend au moins un premier bloc frotteur relié électriquement à au moins un connecteur électrique de la seconde partie, coopérant avec la au moins une première piste conductrice pour établir un contact électrique, et au moins un seconde bloc frotteur relié électriquement à au moins un élément de mise à la masse de la seconde partie, coopérant avec la au moins une seconde piste conductrice pour établir un contact électrique.
D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description détaillée qui suit, faite à titre d’exemple non limitatif, au regard des dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1, précédemment décrite, illustre un exemple d’utilisation d’un joint tournant électrique à bord d’un navire ;
- la figure 2 est un écorché d’un exemple de joint tournant électrique selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 3 illustre des propriétés d’un gaz pouvant être utilisé comme isolant dans une chambre interne d’un joint tournant électrique conforme à l’invention ;
- les figures 4 et 5 illustrent, en perspective et en coupe longitudinale, respectivement, la partie fixe du joint tournant électrique représenté sur la figure 2;
- les figures 6 et 7 illustrent une pièce interne et une pièce externe, respectivement, du corps de la partie fixe du joint tournant électrique représenté sur la figure 2 ;
- la figure 8 illustre un exemple d’une piste conductrice de la partie fixe du joint tournant électrique représenté sur la figure 2 ;
- les figures 9 et 10 illustrent, en perspective et en coupe longitudinale, respectivement, la partie mobile du joint tournant électrique représenté sur la figure 2 ;
- figure 11, comprenant les figures 11a, 11b et 11c, illustre un exemple de bloc frotteur vue en perspective, de côté et de dessus lorsqu’il est en contact avec une piste conductrice, respectivement ; et
- la figure 12 est une vue en coupe de l’exemple de joint tournant électrique illustré sur la figure 2.
Les inventeurs ont observé que dans un joint tournant électrique ayant une chambre interne remplie d’huile diélectrique, comprenant des pistes conductrices et des blocs frotteur associés, il existe un risque de claquage ou de court-circuit qui augmente avec le temps.
Ce phénomène est notamment dû à la pollution de l’huile qui entraîne une diminution de sa rigidité diélectrique. Cette pollution résulte d’une part de l’accumulation progressive de multiples particules en suspension dans l’huile, provenant de l’usure des pièces en mouvement, principalement des frotteurs. Elle résulte également de l’apparition de décharges électriques partielles dans la chambre interne du joint tournant. Elles peuvent être dues, par exemple à la présence de défauts, de bulles d’air ou de bulles d’eau. Elles consistent en un amorçage électrique localisé dans la partie isolante, qui ne court-circuite pas entièrement l’isolation. Ces décharges partielles entraînent une dégradation de l’huile diélectrique et de sa rigidité diélectrique par carbonisation.
Selon des modes de réalisation particuliers de l’invention, un joint tournant électrique est pourvu d’une chambre interne fermée comprenant des pistes conductrices et des blocs frotteur associés, cette chambre étant au moins partiellement remplie avec un gaz d’isolation diélectrique ayant une rigidité diélectrique supérieure à celle de l’air (pour une même pression), par exemple une rigidité diélectrique deux fois supérieure à celle de l’air dans des conditions de mise en œuvre similaires.
Le gaz contenu dans la chambre interne est, de préférence, sous pression, par exemple une pression de quelques bars, par exemple 7 bars. II est choisi de façon à offrir une rigidité diélectrique élevée, par exemple une rigidité diélectrique supérieure à 40 kV/mm en pression de fonctionnement (par exemple 7 bars), afin de permettre son utilisation avec des tensions très élevées et/ou sous forme de dispositifs compacts.
II est observé ici qu’un gaz étant par principe volatile, les éventuelles détériorations engendrées par des décharges électriques partielles, qui altèrent les capacités diélectriques du gaz en un endroit donné, ne restent pas stationnaires. Ainsi, les zones critiques engendrant ces décharges partielles ont beaucoup plus de chance de voir le milieu diélectrique environnant renouvelé, en comparaison avec l’huile diélectrique. En outre, le gaz ayant une rigidité diélectrique plus élevée que l’huile, la probabilité d’apparition de décharges partielles est plus faible.
La figure 2 est un écorché d’un exemple de joint tournant électrique 200 selon un mode de réalisation de l’invention. Comme illustré, le joint tournant électrique 200 comprend deux parties 210 et 250, mobiles l’une par rapport à l’autre. II est considéré ici que la partie 210 est la partie fixe ou géostationnaire tandis que la partie 250 est mobile, typiquement rotative. Bien entendu, la partie 210 pourrait être mobile et la partie 250 pourrait être fixe.
A titre d’illustration, le joint tournant électrique a ici pour objet de connecter trois phases électriques. Il comprend ainsi trois connecteurs référencés 212-1,212-2 et 212-3 sur la partie fixe (le connecteur 212-1 étant ici masqué) et trois connecteurs référencés 252-1, 252-2 et 252-3 sur la partie mobile. Ces connecteurs peuvent notamment être réalisés, totalement ou partiellement, en cuivre.
Il doit être compris que le nombre de connecteurs de la partie fixe et de la partie mobile peut être inférieur à trois ou supérieur à trois. De même, le nombre de connecteurs de la partie fixe peut être différent du nombre de connecteurs de la partie mobile, un connecteur pouvant être relié à plusieurs pistes conductrices ou à plusieurs frotteurs ou, inversement, une piste conductrice ou un frotteur pouvant être relié à plusieurs connecteurs.
Chaque connecteur est monté sur un support de connecteur prenant ici la forme d’un cylindre coudé. D’autres formes peuvent être envisagées. Les supports de connecteur sont avantageusement creux et protègent chacun un conducteur qui est, de préférence, pourvu d’une gaine isolante pour limiter les risques d’arc électrique (et/ou améliorer la compacité du dispositif). Ce conducteur, réalisé, par exemple, totalement ou partiellement, en cuivre, est relié électriquement à une piste conductrice ou à un frotteur. Il peut en outre jouer un rôle structurel, notamment pour maintenir (ou contribuer au maintien) une piste conductrice ou un bloc frotteur dans une position donnée. Il peut s’agir, par exemple, d’une tige de section ronde ou carrée. Un espace est arrangé entre le conducteur ou la gaine isolante et la paroi des supports du connecteur. Cet espace est en communication avec la chambre interne 202 du joint tournant électrique par l’une des extrémités de chaque support de connecteur. L’autre extrémité est fermée avec le connecteur correspondant (qui est lié électriquement au conducteur protégé par le support de connecteur), le connecteur étant par ailleurs isolé de ce support par une bague isolante.
Ainsi, par exemple, le connecteur 212-3 est monté sur le support de connecteur 214-3 à l’aide de la bague isolante 216-3. Le connecteur est relié électriquement au conducteur 218-3 pourvu d’une gaine isolante 220-3.
L’espace 222-3 est en communication avec la chambre interne 202. Le support de connecteur 214-3 est mécaniquement assujetti à la partie fixe 210, par exemple à l’aide de boulons (non représentés).
Si, pour des raisons de clarté, les connecteurs sont orientés vers l’extérieur du joint tournant électrique, d’autres orientations peuvent être utilisées. En particulier, tous les connecteurs peuvent être orientés dans une même direction.
Comme illustré, le joint tournant électrique comprend une chambre interne 202 dans laquelle sont ici agencés quatre pistes conductrices assujetties mécaniquement à la partie fixe 210 ainsi que quatre groupes de blocs frotteur fixés à la partie mobile 250. Un nombre supérieur ou inférieur de pistes conductrices et/ou de groupes de blocs frotteur peut être mis en œuvre.
La chambre interne 202 est remplie avec un gaz diélectrique ayant une rigidité diélectrique supérieure à celle de l’air ambiant.
Les quatre pistes conductrices ont ici une forme d’anneaux disposés dans des plans parallèles, à des distances prédéterminées liées à la rigidité diélectrique du gaz utilisé. Elles peuvent notamment être réalisées, totalement ou partiellement, en cuivre.
Un premier ensemble constitué d’une première piste conductrice et d’un premier groupe de blocs frotteur est utilisé pour établir un lien électrique entre des éléments de la partie fixe 210 et des éléments de la partie mobile 250. Il s’agit d’un lien de masse.
Un deuxième ensemble constitué d’une deuxième piste conductrice et d’un deuxième groupe de blocs frotteur est utilisé pour établir un lien électrique entre un premier connecteur de la partie fixe 210 et un premier connecteur de la partie mobile 250, par exemple entre les connecteurs 212-1 et 252-1. De même, un troisième ensemble constitué d’une troisième piste conductrice et d’un troisième groupe de blocs frotteur est utilisé pour établir un lien électrique entre un deuxième connecteur de la partie fixe 210 et un deuxième connecteur de la partie mobile 250, par exemple entre les connecteurs 212-2 et 252-2. De façon similaire encore, un quatrième ensemble constitué d’une quatrième piste conductrice et d’un quatrième groupe de blocs frotteur est utilisé pour établir un lien électrique entre un troisième connecteur de la partie fixe 210 et un troisième connecteur de la partie mobile 250, par exemple entre les connecteurs 212-3 et 252-3.
Il doit être compris ici qu’un ensemble utilisé pour établir un lien électrique entre un connecteur de la partie fixe et un connecteur de la partie mobile peut comprendre plusieurs pistes conductrices et plusieurs groupes de blocs frotteur.
Chaque frotteur d’un groupe de frotteurs est mobile par rapport à la piste conductrice associée et permet d’établir un contact électrique entre un élément connecté à la piste conductrice et un élément connecté au frotteur. Plusieurs frotteurs peuvent être utilisés pour établir un contact électrique avec une même piste conductrice.
Selon le mode de réalisation illustré ici, les frotteurs sont en contact avec les surfaces extérieures des pistes conductrices. Selon d’autres modes de réalisation, les contacts peuvent être effectués à partir des autres surfaces (supérieure, inférieure ou intérieure). Il est également possible d’établir des contacts avec plusieurs surfaces.
Un mécanisme 204 tel qu’un roulement à billes ou à rouleaux permet à la partie mobile 250 de tourner, par rapport à la partie fixe 210, autour de l’axe 206 comme illustré avec les flèches.
Le gaz utilisé pour remplir la chambre interne 202 peut notamment être caractérisé par ses propriétés diélectriques, notamment par une tension de claquage déterminée en fonction d’une pression et d’une distance entre des électrodes. Il s’agit d’un gaz dont la rigidité diélectrique est supérieure à celle de l’air ambiant.
La figure 3 illustre des propriétés d’un gaz pouvant être utilisé comme isolant dans une chambre interne d’un joint tournant électrique conforme à l’invention. L’axe des ordonnées représente une tension de claquage (exprimée ici en kilovolts, kV) tandis que l’axe des abscisses correspond au produit de la pression (P) du gaz (exprimée en Méga Pascals, MPa) avec la distance (D) entre les électrodes provoquant le claquage (exprimée en millimètres, mm). La courbe illustrée représente un ordre de grandeur de la tension de claquage que le gaz d’isolation doit, de préférence, posséder.
Par ailleurs, ce gaz possède, de préférence, une capacité d’extinction des arcs électriques, un point d’ébullition bas (de préférence négatif) et un indice de transfert thermique élevé. La capacité d’extinction des arcs électriques peut être définie comme la capacité du milieu à retrouver rapidement sa rigidité diélectrique après la formation d’un arc électrique afin que ce dernier ne perdure pas. Elle peut notamment résulter du remplacement du milieu où s’est produit l’arc électrique, par exemple par convection du gaz. Elle peut également résulter d’une baisse de la température afin de diminuer l'ionisation du milieu (à cette fin, le gaz utilisé doit posséder un indice de transfert thermique élevé pour évacuer la chaleur). Enfin, elle peut résulter d’une décomposition chimique par l’arc électrique en composés neutres électriquement, cette décomposition utilisant une grande quantité d’énergie, ce qui tend à mettre fin à l’arc électrique.
De tels gaz sont généralement plus denses que l’air.
Il peut s’agir, par exemple, d’un gaz comprenant, dans une proportion importante, par exemple à plus de 50, 75 ou 90 pourcents en volume, le gaz diffusé par la société 3M sous le nom de Novec 4710 (3M et Novec sont des marques), de la famille des fluoronitriles, du gaz SF6 (hexafluorure de soufre) ou du gaz CF3I (trifluoroiodomethane).
Les figures 4 et 5 illustrent, en perspective et en coupe longitudinale, respectivement, la partie fixe 210 du joint tournant électrique 200 représenté sur la figure 2.
Comme décrit précédemment, la partie fixe 210 comprend notamment trois connecteurs 212-1 à 212-3 (le connecteur 212-1 étant masqué sur la figure 4), trois supports de connecteur 214-1 à 214-3 (le support de connecteur 214-1 étant masqué sur la figure 4) et quatre pistes conductrices référencées ici 224-1 à 224-4.
Le connecteur 212-1 est relié électriquement à la piste conductrice 224-1 via un conducteur 218-1 (non représenté), le connecteur 212-2 est relié électriquement à la piste conductrice 224-2 via le conducteur 218-2 et le connecteur 212-3 est relié électriquement à la piste conductrice 224-3 via le conducteur 218-3.
La partie fixe 210 comprend en outre plusieurs supports isolants 226 de pistes conductrices et un ou plusieurs supports conducteurs 228 de pistes conductrices. Ces supports permettent d’assujettir mécaniquement les pistes conductrices au corps de la partie fixe 210, ce corps comprenant ici une pièce interne 230 et une pièce externe 232. Ces pièces peuvent, par exemple, être réalisées en acier. Le ou les supports conducteurs 228 de pistes conductrices sont avantageusement pourvus d’une gaine isolante pour réduire les risques d’arc électrique (et/ou améliorer la compacité du dispositif).
Comme illustré, au moins un support conducteur 228 de pistes conductrices est utilisé pour assujettir mécaniquement la piste conductrice 2244 à la pièce interne 230 et pour établir un lien électrique entre la piste conductrice 224-4 et la pièce interne 230. Plusieurs supports isolants 226 sont ici utilisés pour assujettir mécaniquement les pistes conductrices 224-1 à 224-4 entre elles. D’autres supports isolants peuvent être utilisés pour assujettir mécaniquement les pistes conductrices 224-1 à 224-4 à un ou plusieurs éléments de la partie fixe 210, par exemple à la pièce interne 230 et/ou à la pièce externe 232.
L’ordre des pistes conductrices peut être différent de celui illustré.
La pièce interne 230 et la pièce externe 232 forment l’enveloppe du joint tournant électrique 200 et isolent la partie électrique de l’environnement extérieur. Ce sont des pièces de révolution. A titre d’exemple, elles peuvent être assemblées entre elles au moyen d’une visserie adaptée en intercalant, de préférence, un joint d’étanchéité comme décrit en référence à la figure 12.
Selon un mode de réalisation particulier, la pièce interne 230 comprend une interface pour accueillir le mécanisme 204 qui joue lui-même le rôle d’interface avec la partie mobile 250.
Toujours selon un mode de réalisation particulier, la partie fixe 210 comprend une ou plusieurs vannes de vidange et/ou de remplissage. Selon l’exemple illustré sur les figures 4 et 5, chaque support de connecteur comprend une vanne de vidange et/ou de remplissage. Ainsi, comme illustré, le support de connecteur 214-1 comprend la vanne de vidange et/ou de remplissage 234-1, le support de connecteur 214-2 comprend la vanne de vidange et/ou de remplissage 234-2 et le support de connecteur 214-3 comprend la vanne de vidange et/ou de remplissage 234-3.
Les vannes de vidange et/ou de remplissage sont avantageusement positionnées de telle sorte à correspondre, lors d’une opération de vidange ou de remplissage, aux positions les plus hautes ou les plus basses de la cavité formée par la chambre interne du joint tournant électrique et les espaces des supports de connecteur, afin d’optimiser la vidange ou le remplissage.
Ces vannes de vidange et/ou de remplissage sont avantageusement sécurisées et/ou pourvues d’un mécanisme de détection permettant d’alerter, par exemple par un signal sonore, une position ouverte pour prévenir toute fuite de gaz.
Les figures 6 et 7 illustrent la pièce interne 230 et la pièce externe 232, respectivement, du corps de la partie fixe 210 du joint tournant électrique 200 représenté sur la figure 2. Ces deux pièces sont assujetties mécaniquement l’une à l’autre à l’aide, par exemple, d’une visserie adaptée.
La figure 8 illustre un exemple d’une piste conductrice, génériquement référencée 224, de la partie fixe 210 du joint tournant électrique 200 représenté sur la figure 2.
Comme illustré, la piste conductrice 224 comprend un ensemble de points de fixation 800, par exemple des ouvertures, adaptés à la fixation de supports isolants. Le nombre de points de fixation 800 est variable.
La piste conductrice 224 comprend un ou plusieurs points de fixation 802, par exemple des excroissances pourvues d’ouvertures, adaptés à la fixation de supports conducteurs et/ou de conducteurs électriquement reliés à des connecteurs.
Comme décrit précédemment, la piste conductrice 224 peut être réalisée, totalement ou partiellement, en cuivre.
Les figures 9 et 10 illustrent, en perspective et en coupe longitudinale, respectivement, la partie mobile 250 du joint tournant électrique
200 représenté sur la figure 2.
Comme décrit précédemment, la partie mobile 250 comprend notamment trois connecteurs 252-1 à 252-3, chaque connecteur étant monté sur un support de connecteur, avantageusement creux et protégeant un conducteur de préférence pourvue d’une gaine isolante. Un espace, en communication avec la chambre interne 202 du joint tournant électrique, est arrangé entre le conducteur ou la gaine isolante et la paroi des supports du connecteur.
A titre d’illustration, le connecteur 252-2 est monté sur le support de connecteur 254-2 à l’aide de la bague isolante 256-2. Le connecteur est relié électriquement au conducteur 258-2 pourvu d’une gaine isolante 260-2. L’espace 262-2 est en communication avec la chambre interne 202. Le support de connecteur 254-2 est mécaniquement assujetti à la partie mobile 250, par exemple à l’aide de boulons (comme représenté).
Toujours selon un mode de réalisation particulier, la partie mobile comprend une ou plusieurs vannes de vidange et/ou de remplissage. Selon l’exemple illustré sur les figures 9 et 10, chaque support de connecteur comprend une vanne de vidange et/ou de remplissage. Ainsi, comme illustré, le support de connecteur 254-1 comprend la vanne de vidange et/ou de remplissage 264-1, le support de connecteur 254-2 comprend la vanne de vidange et/ou de remplissage 264-2 et le support de connecteur 254-3 comprend la vanne de vidange et/ou de remplissage 264-3.
A nouveau, les vannes de vidange et/ou de remplissage sont avantageusement positionnées de telle sorte à correspondre, lors d’une opération de vidange ou de remplissage, aux positions les plus hautes ou les plus basses de la cavité formée par la chambre interne du joint tournant électrique et les espaces des supports de connecteur, afin d’optimiser la vidange ou le remplissage.
De même, ces vannes de vidange et/ou de remplissage sont avantageusement sécurisées et/ou pourvues d’un mécanisme de détection permettant d’alerter, par exemple par un signal sonore, une position ouverte pour prévenir toute fuite de gaz.
Comme illustré, le connecteur 252-2 est relié électriquement, via le conducteur 258-2, à un ou plusieurs frotteurs d’un ou plusieurs blocs frotteur 266-2 adaptés à être en contact avec la piste conductrice 224-2. De même, le connecteur 252-3 est relié électriquement, via le conducteur 258-3, à un ou plusieurs frotteurs d’un ou plusieurs blocs frotteur 266-3 adaptés à être en contact avec la piste conductrice 224-3. De façon similaire encore, le connecteur 252-1 est relié électriquement, via le conducteur 258-1 (non représentée), à un ou plusieurs frotteurs (non représentés) adaptés à être en contact avec la piste conductrice 224-1.
Comme illustré sur la figure 9, la partie mobile 250 comprend un ou plusieurs blocs frotteur 266-4, électriquement reliés à un élément conducteur de la partie mobile 210, adaptés à être en contact avec la piste conductrice 224-4 afin d’établir un contact électrique entre un élément conducteur de la partie fixe 210 et un élément conducteur de la partie mobile 250 pour établir une masse électrique.
Dans un souci de clarté, il est considéré ici que les blocs frotteur, génériquement référencés 266, sont, à l’exception du ou des blocs frotteur utilisés pour établir une masse, fixés à la partie mobile 250 via les conducteurs génériquement référencés 258 (qui ont ainsi un rôle structurel) et les supports de connecteur génériquement référencés 254. Il convient cependant de noter que des supports de blocs frotteur, électriquement isolants, peuvent être utilisés pour fixer directement ou indirectement les blocs frotteur à des éléments particuliers de la partie mobile 250, par exemple au corps 270 de la partie mobile 250.
La partie mobile 250 comprend en outre, de préférence, un ou plusieurs capteurs 268. Ce ou ces capteurs ont pour objet de mesurer des paramètres relatifs à la qualité du gaz dont est rempli le joint tournant électrique 200. Il peut s’agir, par exemple, de capteur de pression, de capteur de température, de capteur d’humidité et/ou de capteur de densité. Des capteurs spécifiques peuvent être utilisés pour mesurer chaque paramètre. Il est également possible d’utiliser des capteurs multifonctions, des capteurs mesurant un même paramètre avec des précisions différentes, des capteurs redondants, etc.
Alternativement ou de façon complémentaire, la partie fixe 210 peut comprendre ce ou ces capteurs ou un ou plusieurs autres capteurs similaires.
Les données mesurées sont transmises à un calculateur local ou distant (non représenté) pour être stockées et/ou analysées afin d’alerter, le cas échéant, un opérateur.
Comme illustré, le corps 270 de la partie mobile 250 comprend, de préférence, un ou plusieurs éléments de fixation 272 adaptés à la fixation du joint tournant électrique sur une structure externe (non représentée).
Le corps 270 de la partie mobile 250 est ici une pièce de révolution. Il comprend une cavité centrale 274 configurée pour coopérer avec le mécanisme 204 afin d’assurer la rotation de la partie centrale 250 par rapport à la partie fixe 210.
La figure 11, comprenant les figures 11a, 11b et 11c, illustre un exemple de bloc frotteur vue en perspective, de côté et de dessus lorsqu’il est en contact avec une piste conductrice, respectivement.
De façon générale, un bloc frotteur sert à établir un lien électrique entre une partie fixe et une partie mobile, typiquement rotative, au moyen d’éléments de friction. Un bloc frotteur comprend généralement un ou plusieurs éléments à base de graphite, appelés charbons, et une structure typiquement en cuivre pour les supporter et assurer un lien électrique.
Comme illustré sur la figure 11 a, un bloc frotteur 266 comprend ici un corps 1100 en forme de ‘C‘ ou d’arc de cercle ainsi que deux frotteurs 1105-1 et 1105-2 situés à chaque extrémité du corps. Le corps 1100 comprend un moyen de fixation 1110 tel qu’une ouverture, permettant sa fixation, par exemple sur un conducteur ayant un rôle structurel. Le moyen de fixation autorise, de préférence, un mouvement de rotation du corps autour d’un axe perpendiculaire au plan comprenant une piste conductrice avec laquelle doit coopérer le bloc frotteur pour optimiser le contact électrique de chacun des frotteurs 1105-1 et 1105-2 avec cette piste conductrice. Comme illustré sur la figure 11c, la présence de deux frotteurs permet ainsi d’équilibrer les efforts et de ne pas introduire d’effet de couple.
Les blocs frotteur sont avantageusement pourvus d’un mécanisme de rattrapage de jeu pour, notamment, compenser l’usure des frotteurs. Comme illustré sur la figure 11b, un tel mécanisme peut comprendre un élément élastique 1115 tel qu’un ressort prenant appui sur le corps 1100, maintenant le frotteur en contact avec la piste conductrice lorsque le bloc frotteur est en position d’utilisation. Le bloc frotteur peut également comprendre un mécanisme de retenue (non représenté) pour retenir le frotteur lorsque le bloc frotteur n’est pas en position d’utilisation.
La figure 12 est une vue en coupe de l’exemple de joint tournant électrique illustré sur la figure 2, c’est-à-dire une vue en coupe des parties mobiles 210 et 250 assemblées.
Afin d’éviter toute pollution de la chambre interne 202 du joint tournant électrique 200 par son environnement et inversement, le joint électrique tournant est équipé de joints d’étanchéité statique et dynamique.
En particulier, un joint d’étanchéité 1200 est ici positionné entre la pièce interne 230 et la pièce externe 232 du corps de la partie fixe 210. Un tel joint est, par exemple, du type joint torique en matériau élastomère. Les pièces 230 et 232 étant assujetties mécaniquement l’une à l’autre, le joint d’étanchéité 1200 est un joint statique.
De même, un joint d’étanchéité statique de même nature ou de nature différente, génériquement référencé 1205, est positionné entre chaque support de connecteur et l’élément sur lequel est fixé ce support (i.e. le corps 270 de la partie mobile 250 ou la pièce interne 230 de la partie fixe 210).
De façon similaire encore, un joint d’étanchéité statique de même nature ou de nature différente, génériquement référencé 1210, est positionné entre chaque support de connecteur et l’ensemble correspondant formé d’un connecteur et de la bague isolante associée.
Le joint tournant électrique 200 comprend en outre des joints d’étanchéité dynamique pour assurer l’étanchéité entre la partie fixe 210 et la partie mobile 250, notamment les joints d’étanchéité dynamique 1215 et 1220.
Le joint d’étanchéité dynamique 1215 assure l’étanchéité entre le bord périphérique du corps de la partie mobile 250 et le bord supérieur de la partie externe 232 tandis que le joint d’étanchéité dynamique 1220 assure l’étanchéité entre le bord intérieur du corps de la partie mobile 250 et la partie centrale de la partie interne 230. D’autres configurations sont possibles.
Un tel joint d’étanchéité dynamique est, par exemple, du type joint en V à base de matériau tel que du PTFE (sigle de polytétrafluoroéthylène).
L’efficacité de fonctionnement d’un joint tournant électrique selon l’invention étant notamment lié au remplissage de la chambre interne par du gaz ayant les caractéristiques requises, en particulier en ce qui concerne sa rigidité diélectrique, il est préférable d’assurer un remplissage optimal de celleci, notamment des parties les plus hautes.
A ces fins, après avoir obtenu le gaz à utiliser pour le remplissage de la chambre interne du joint tournant électrique, un procédé de remplissage est mis en œuvre. Il comprend une étape d’injection sous pression de ce gaz par un ou plusieurs points hauts du joint tournant électrique et d’évacuation de l’air ou du gaz précédemment contenu dans la chambre interne par un ou plusieurs autres points hauts du joint tournant électrique. Le remplissage est effectué de façon étanche et sécurisée pour éviter d’injecter, dans la chambre interne, du gaz se trouvant à l’extérieur du joint tournant électrique.
Le procédé de vidange d’un joint tournant électrique selon l’invention comprend l’ouverture d’une ou plusieurs vannes inférieure (situées en points bas du joint tournant électrique) permettant la récupération du gaz contenu dans la chambre interne et l’ouverture d’une ou plusieurs vannes supérieures (situées en points bas du joint tournant électrique) pour permettre à du gaz (par exemple de l’air ambiant) de se substituer au gaz vidangé. Il comprend également la récupération, par la ou les vannes inférieures, de manière sécurisée et étanche, du gaz remplissant la chambre interne du joint tournant électrique.
Naturellement, pour satisfaire des besoins spécifiques, une personne compétente dans le domaine de l’invention pourra appliquer des modifications dans la description précédente. La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites, d'autres variantes et combinaisons de caractéristiques sont possibles.
La présente invention a été décrite et illustrée dans la présente description détaillée en référence aux figures jointes. Toutefois, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation présentées. D'autres variantes et modes de réalisation peuvent être déduits et mis en œuvre par la personne compétente dans le domaine de l’invention à la lecture de la présente description et des figures annexées.
Dans les revendications, les termes « comprendre >> ou « comporter >> n'excluent pas d'autres éléments ou d'autres étapes. L'article indéfini « un >> n’exclut pas le pluriel. Un seul processeur ou plusieurs autres unités peuvent être utilisés pour mettre en œuvre l'invention. Les différentes caractéristiques présentées et/ou revendiquées peuvent être avantageusement combinées. Leur présence dans la description ou dans des revendications dépendantes différentes n'exclut pas, en effet, la possibilité de les combiner. Les signes de référence ne sauraient être compris comme limitant la portée de l'invention.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Joint tournant électrique haute tension (200) comprenant :- une première et une seconde parties (210, 250), mobiles l’une par rapport à l’autre et formant une chambre interne fermée (202), chacune des deux parties comprenant au moins un connecteur électrique (212, 252) ;- au moins une piste électrique (224) reliée électriquement à un connecteur de l’une des deux parties et au moins un bloc frotteur (266) relié électriquement à un connecteur de l’autre des deux parties, le au moins un bloc frotteur coopérant avec la au moins une piste électrique pour établir un contact électrique, la au moins une piste électrique et le au moins un bloc frotteur étant logés dans la chambre interne fermée ;la chambre interne fermée (202) étant remplie d’un gaz d’isolation diélectrique ayant une rigidité diélectrique supérieure à celle de l’air environnant le joint tournant électrique.
- 2. Joint tournant électrique selon la revendication 1, dans lequel le gaz d’isolation électrique a une rigidité diélectrique supérieure à 40 kV/mm en pression de fonctionnement.
- 3. Joint tournant électrique selon la revendication 2, dans lequel le gaz d’isolation électrique comprend au moins l’un des gaz suivants :- un gaz de la famille des fluoronitriles,- le hexafluorure de soufre, et- le trifluoroiodomethane.
- 4. Joint tournant électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre au moins un support de connecteur (214, 254) en forme de cylindre dont une partie intérieure débouche sur la chambre interne fermée, un des connecteurs électriques étant monté sur le au moins un support de connecteur.
- 5. Joint tournant selon la revendication 4, comprenant en outre au moins une vanne (234, 264) de vidange et/ou de remplissage montée sur le au moins un support de connecteur.
- 6. Joint tournant selon la revendication 5, dans lequel la au moins une vanne de vidange et/ou de remplissage comprend un moyen de sécurité pour signaler une position ouverte.
- 7. Joint tournant selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre au moins un conducteur reliant électriquement au moins un connecteur à au moins un bloc frotteur.
- 8. Joint tournant selon la revendication 7, dans lequel le au moins un conducteur maintient le bloc frotteur dans une position prédéterminée
- 9. Joint tournant selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre au moins un capteur (268) permettant de mesurer des valeurs d’au moins un paramètre relatif à la qualité du gaz d’isolation diélectrique dont est rempli le joint tournant.
- 10. Joint tournant selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la première partie comprend au moins une première piste électrique reliée électriquement à au moins un connecteur électrique de la première partie et au moins une seconde piste électrique reliée électriquement à au moins un élément de mise à la masse de la première partie, et dans lequel la seconde partie comprend au moins un premier bloc frotteur relié électriquement à au moins un connecteur électrique de la seconde partie, coopérant avec la au moins une première piste conductrice pour établir un contact électrique, et au moins un seconde bloc frotteur relié électriquement à au moins un élément de mise à la masse de la seconde partie, coopérant avec la au moins une seconde piste conductrice pour établir un contact électrique.1/6115 / \ [kV]210TC
i ! / - 1 2 3 4 52/6P*D
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