WO2007045635A1 - Joint d'isolation dielectrique pour ampoule a vide - Google Patents

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WO2007045635A1
WO2007045635A1 PCT/EP2006/067453 EP2006067453W WO2007045635A1 WO 2007045635 A1 WO2007045635 A1 WO 2007045635A1 EP 2006067453 W EP2006067453 W EP 2006067453W WO 2007045635 A1 WO2007045635 A1 WO 2007045635A1
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seal
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cross
internal
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PCT/EP2006/067453
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Inventor
Jean-François Tortorici
Olivier Gascard
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Areva T & D Sa
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/666Operating arrangements
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    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
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    • H01H33/662Housings or protective screens
    • H01H33/66207Specific housing details, e.g. sealing, soldering or brazing
    • H01H2033/6623Details relating to the encasing or the outside layers of the vacuum switch housings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/666Operating arrangements
    • H01H2033/6665Details concerning the mounting or supporting of the individual vacuum bottles

Definitions

  • the invention relates to the field of electrical equipment and installations, and in particular switches and switching devices using vacuum bulbs operating at medium and high voltages.
  • a particular application is that for the air transport of electricity.
  • switches use vacuum interrupters that must withstand dielectric stresses, inter alia, between the contacts inside the bulb, in the vacuum, but also between the outer ends of the bulb. bulb placed in the ambient air.
  • dielectric stresses inter alia, between the contacts inside the bulb, in the vacuum, but also between the outer ends of the bulb. bulb placed in the ambient air.
  • the compactness required requires the use of insulating elements other than the air outside the vacuum ampoules.
  • Solid insulators or dielectric fluids such as the SF6 greenhouse gas
  • the isolations of vacuum bulbs in the air do not make it possible to obtain suitable dielectric performance with reduced dimensions.
  • isolations of vacuum bulbs in a dielectric gaseous fluid, such as SF6 are expensive.
  • the solid insulation systems of vacuum bulbs are very sensitive in temperature and do not allow disassembly or dismantling at the end of life, during adhesion or bonding. This has very harmful consequences for the environment.
  • a mixed insulator using both a solid insulator and a gaseous fluid insulator, such as air at atmospheric pressure or other gases such as nitrogen.
  • the solid insulation is of a reduced volume, because it is made in the form of a seal having a gas-tight function and a dielectric function.
  • this type of insulation does not allow to obtain high dielectric performance for vacuum bulbs.
  • a vacuum bottle 101 is surrounded at both ends of its outer surface, two seals 102A and 102B.
  • the top seal 102A is placed on the fixed contact contact side of the vacuum bottle 101, while the bottom seal 102B is placed on the side of the moving contact.
  • the assembly is placed in a rigid shell 103 made of insulating material.
  • the structure of the seals 102A and 102B is such that air is trapped at their contact surfaces 104 with the inner wall of the rigid shell 103.
  • FIG. 2A represents, in partial section, a detail of the surface marked 104 in FIG. 1. This consists of several lips 105 of pointed section, separated from each other by a gap space 106.
  • Figure 2B shows, still in partial section, the same location of the seal according to the prior art.
  • the latter has been introduced into the rigid shell 103 and its lips are crushed, or rather slightly folded each in the same direction, by the pressure of the inner wall of the shell 103 on one side of each lip 105. Air is thus trapped between each lip 105 along a line B-B '. Similarly, air may be trapped along the line A-A 'on the other surface.
  • This air of low dielectric strength considerably limits the dielectric performance of the system. Indeed, a priming arc can easily move radially within each interface space 106, in order to fetch the weakest point on the circumference of the next lip 105 and thus propagate to the next gap space 106 .
  • the dielectric strength of the assembly is a function of the sum of the weakest points on each circumference of the seal 102.
  • the thickness of insulation in certain parts of this seal 102 is too weak to obtain significant dielectric performance.
  • the shape of this seal 102 according to the prior art is not very favorable to disassembly or dismantling at the end of life because of the anti-return effect of the lips 105.
  • the object of the invention is therefore to obtain significant dielectric performance with reduced dimensions for vacuum interrupters, by acting on their isolation, in particular by preventing the path of electric discharges or sparks along the contact surfaces of the gasket. service. It is furthermore desired to remain in conformity with the environment. Complete and easy dismantling of the insulation system at the end of life of the vacuum bulb is therefore desired.
  • EP 1 017 142 A1 describes a circuit breaker switch having a mixed insulation system.
  • the main object of the invention is a dielectric insulation seal for vacuum interrupter for isolating a vacuum interrupter by using at least one seal placed around the vacuum interrupter inside the vacuum interrupter.
  • a housing, each joint having an internal contact surface and a surface of external contact, two lateral surfaces connecting the internal and external contact surfaces.
  • the internal and external contact surfaces of the gasket are smooth, have no cavities and are part of the group consisting of surface comprising the convex surfaces with respect to the longitudinal axis of the joint and the surfaces having a slope which does not reverse, with respect to the longitudinal axis of the joint.
  • This resistance to tracking is characterized by the ability of the seal to perfectly match the outer surface of the vacuum bottle or the inner face of the envelope to oppose the formation of electric sparks that would carbonize the surface of the jont and or the outer surface of the vacuum bulb or the inner face of the envelope, and thus provide a path to the current.
  • a main embodiment provides that these inner and outer surfaces of the seal contact are cylindrical.
  • a second main embodiment provides that these inner and outer surfaces of the seal contact are tapered.
  • a third main embodiment of the inner and outer surfaces of the seal contact is that they are each constituted by two conical parts of different conicity and connected by a determined connection radius and forming a flared V.
  • the width of the internal and external contact surfaces is also preferable for the width of the internal and external contact surfaces to be equal to or greater than 5 mm in order to limit the risks of starting or routing at these interfaces.
  • the minimum thickness of the joint along the longitudinal axis of the joint is at least 4 mm.
  • the seal has a recess in its cross section, to limit the forces in the joint.
  • the lateral surfaces in order to control the thermal expansions, it is also provided that these side surfaces can be in two parts having different inclinations.
  • the side surfaces are rounded in part, a portion being concave, a portion being convex.
  • the seal may have a trapezoidal section, that is to say two external and internal contact surfaces parallel to the axis of revolution of the seal, the side surfaces being inclined in an inverted manner.
  • the cross section of the joint can be H-shaped.
  • the cross section of the seal may also be N-shaped.
  • It can also square or rectangular shape.
  • the cross section of the seal may be W-shaped or U-shaped.
  • FIG. 1 already described, a view showing the use of two joints according to the prior art; - Figures 2A and 2B, in partial section, the active part of a seal according to the prior art; Figure 3A, in section the use of a seal according to the invention; - Figure 3B, in section, the use of two joints according to the invention; FIGS. 4A to 4D, four detailed embodiments of joints according to the invention; and FIGS. 5A to 5M of the different seal sections according to the invention.
  • a vacuum interrupter 1 is placed in a housing 10 constituting the pole of medium or high voltage electrical equipment.
  • the housing 10 is therefore the rigid pole of an equipment used such as a circuit breaker.
  • a movable contact 5A of the vacuum bulb 1 and a fixed contact 5B, each placed at one end of a vacuum bulb 1 are at different electrical potentials. It is therefore necessary to ensure the dielectric isolation of the vacuum bulb 1 by placing between these two movable contacts 5A and 5B constituting two electrodes of different potentials, a seal 20 constituting a dielectric insulation seal.
  • the seal 20 prevents the flow of sparks or discharges along the dashed lines AA 'and BB'.
  • the dielectric strength of the vacuum inside the vacuum bulb 1 is much higher than the dielectric strength of the air outside the vacuum bulb 1.
  • the latter isolate an annular space 24 delimited by a lateral surface of each of the seals 20, an external surface 6 of the vacuum bottle 1 and a surface internal housing 16 10.
  • the space 24 thus contained contains a gaseous fluid, such as air or another fluid of the same type.
  • This configuration makes it possible to avoid any dielectric initiation or bypassing of one of the gaseous elements delimited by the joints 20, either by routing or by perforation. More precisely, the dielectric seal or dielectric strength is ensured inter alia by three elements which are:
  • each seal 20 has a section consisting of two tapered portions 20A and 20B inverted inclination.
  • the section of this joint is coarse U-shape.
  • a very important technical feature of the seal according to the invention is that the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of each seal 20 are smooth. Indeed, using a housing 10 whose inner surface 16 is smooth, likewise, the vacuum bottle 1 has a smooth outer surface 6. In correspondence, the inner and outer surfaces of each seal 20 are smooth. This avoids trapping air between these surfaces at the time of assembly.
  • the general shape of the joint is optimized, in order to obtain contact pressures at the joint interfaces / housing and joint / vacuum bulb that are not homogeneous, but sufficient.
  • the clamping constraints of the seal around the vacuum bottle 1 are greater than those at the clamping of the seal against the housing 10. This allows the seal to remain in place on the vacuum bulb during assembly, disassembly and dismantling. As can be seen in this figure
  • the position of the seals 20 on the vacuum bottle 1 is optimized in that the latter are positioned on the latter in areas where the dielectric fields are favorable to large dielectric strengths.
  • these seals 20 are not in contact with the electrodes formed by 5A and fixed 5B mobile contacts.
  • a significant risk of perforation of the joints exists in the case where a too intense local electric field would appear. Indeed, a strike on one of the electrodes would lead to a concentration of electric fields. In the case where a dielectric seal would be in contact with one of these electrodes, it would suffer too much electric field and could be degraded by perforation.
  • Figure 4A shows a first detailed embodiment of the seal.
  • the outer surface of contact which is therefore smooth consists in fact of two surfaces 31A and 31B, both conical with respect to the axis 30 of the joint, their inclination being different, so as to form a very open U outwards .
  • Their junction consists of an external connection radius RE.
  • the internal contact surface consists of two parts 32A and 32B, both of different inclination, with respect to the axis 30, one of them, in this case the surface 32A can be cylindrical.
  • These two internal contact surfaces are also connected by an internal connection radius RI.
  • the two lateral surfaces also consist of several parts. One of them comprises a recess 35 constituted by two frustoconical surfaces 35A joined by a radial surface 35B. This recess 35 limits the forces within the seal, when it is compressed, during the assembly phase of the vacuum bulb in the housing.
  • the other side surface consists of two surfaces 33A and 33B, themselves frustoconical, of different inclination so as to form a very open U.
  • the remainder of the side surfaces consists of radial portions 34C, on the one hand, and 34A and 34B, which join the recess 35 to the internal contact surfaces, on the other hand.
  • This embodiment is similar to a U of which one of the vertical parts extends slightly downwards.
  • Other possible sections of the seal particularly in the form of a letter, are set out below.
  • the thickness in the direction parallel to that of the axis 30 of the joint must be equal to or greater than 4 (four) millimeters.
  • the mechanical strength is obviously enhanced, but it is especially the dielectric strength of the seal which is increased, including greatly reducing the risk of priming perforation of the seal.
  • the internal contact surfaces 32A and 32B and external have a sufficiently large axial height, constituting important bearing surfaces and not punctual, they contribute especially to increase the dielectric strength of the joint.
  • An axial height of at least 5 (five) millimeters is required.
  • the seal is an elastomeric material. During its assembly, its deformation makes it possible to obtain sufficient contact pressures at its internal contact surfaces 32A and 32B and at its outer contact surfaces 31A and 31B.
  • the system is insensitive to temperature. Indeed, due to the shape of its side surfaces, the seal is free to expand during temperature increases and to contract during temperature decreases.
  • the ratio of the pressure surfaces, that is to say the internal contact surfaces 32A and 32B and external 31A and 31B, on the free surfaces, that is to say the lateral surfaces 33A, 33B, 34A, 34B, 35A and 35B is sufficiently restricted, so that the elastomeric material constituting the joints can expand and contract freely in temperature.
  • Such a seal has been qualified on a nominal voltage application of 38kV. It has the capacity to hold IEC and ANSI standard voltages: 50Hz / 60s / 95kVeff withstand voltage, 20OkVc lightning shock voltage with partial discharges less than or equal to 5pC. It withstands temperatures of -40 ° C to + 115 ° C continuously.
  • FIG. 4B shows an embodiment of the seal having a general shape similar to that shown in FIG. 4A, except that the 41 and internal external contact surfaces 42 are cylindrical and parallel to the axis 40 of the seal.
  • the latter always has a recess 45 opening onto a lateral surface completed by two lateral surface portions 44A and 44B.
  • the other lateral surface consists of a portion 44C perpendicularly joining the internal contact surface 42.
  • Figure 4C shows an embodiment of the seal with tapered outer 51 and inner 52 contact surfaces, with opposite inclinations.
  • a fourth embodiment is described in Figure 4B, in which the outer and outer contact surfaces 61 and 62 are curved by a relatively large radius of curvature. Note that the general orientation of these two surfaces and slightly inclined relative to the axis 60 of the seal, that is to say, a frustoconical general orientation and opposite from one surface to another.
  • This type of seal also has a lateral recess 65, completed with two lateral portions 64A and 64B, the other lateral surface being completed with a lateral portion 64C.
  • FIGS. 5A to 5M show that it is possible to give the joint a section different from that described in FIG. 4.
  • the section represented by FIG. 5A is a rectangle with.
  • the lateral surfaces are perpendicular to the axis 50, while the internal contact and external contact surfaces are parallel thereto.
  • Figure 5B shows a section of the square-shaped seal.
  • the section shown in FIG. 5C is trapezoidal, the internal and external contact surfaces being always concentric with the axis 50, but the lateral surfaces having respectively opposite inclination.
  • the section shown in FIG. 5D includes side surfaces consisting of two inclination portions opposite to the perpendicular to the lateral axis 50, i.e. forming slightly convex surfaces.
  • the section shown in Figure 5E has a lateral surface perpendicular to the axis 50, and a rounded convex shape.
  • the section represented by the surface 5F has side surfaces in two parts, of different and opposite inclinations, forming a V-shaped convex lateral surface and a concave V-shaped lateral surface.
  • FIG. 5G shows a seal whose side surfaces are formed for one by two opposite inclination surfaces forming a convex lateral surface and a slightly rounded lateral surface.
  • FIG. 5H shows a seal whose lateral surfaces are in two parts each, and more precisely comprises a concave portion and a convex portion, these lateral surfaces being S-shaped.
  • the section shown in Figure 51 is an H-section, a quadrilateral shaped recess being formed in each side surface.
  • Figure 5J shows a U-shaped section.
  • Figure 5K shows a section of the W-shaped seal.
  • Figure 5L shows an M-shaped section.
  • Figure 5M shows an N-shaped section.
  • the dielectric strength is important at the contact interfaces between the seal and the housing and the seal and the vacuum bulb. Similarly, inside the seal, the dielectric strength is important.
  • This tracking resistance is characterized by the ability of the seal to perfectly match the outer surface of the vacuum bottle or the inner face of the envelope to oppose the formation of electric sparks that would carbonize the surface of the seal and or the outer surface of the vacuum bulb between A and A 'and / or the inner face of the envelope between B and B' (FIGS. 3A and 3B) and thus provide a path to the current between either A and
  • the setting up is easy, considering that the seal is easily deformable.

Landscapes

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

Abstract

Le joint permet un montage et un démontage de l'appareil, notamment de l'ampoule à vide relativement aisé et facile. Il assure une haute performance diélectrique de l'appareil. Les surfaces de contact interne et externe du joint sont lisses, elles peuvent être constituées, par exemple, chacune de deux parties cylindriques de conicités différentes (31A, 31B et 32A, 32B). Au moins une des surfaces latérales comporte un évidement annulaire (35). Application aux appareillages utilisant des ampoules à vide pour fonctionnement à moyenne et haute tensions.

Description

JOINT D'ISOLATION DIELECTRIQUE POUR AMPOULE A VIDE
DESCRIPTION
Domaine de l'invention
L'invention concerne le domaine des équipements et installations électriques, et en particulier les interrupteurs et dispositifs de commutation utilisant des ampoules à vide fonctionnant à moyenne et haute tensions.
Une application particulière est celle pour le transport aérien de l'électricité.
Art antérieur et problème posé
Dans les installations et appareillages électriques, des interrupteurs utilisent des ampoules à vide qui doivent supporter des contraintes, entre autres, diélectriques entre les contacts situés à l'intérieur de l'ampoule, dans le vide, mais également entre les extrémités externes de l'ampoule disposée dans l'air ambiant. Dans le but d'homogénéiser la tenue diélectrique entre les contacts sous tension et les extrémités externes des interrupteurs à vide, la compacité exigée nécessite de recourir à des éléments isolants autres que l'air à l'extérieur même des ampoules à vide.
On pense en particulier aux isolants solides ou fluides diélectriques, tels que le gaz à effet de serre SF6. En effet, les isolations des ampoules à vide dans l'air ne permettent pas d'obtenir des performances diélectriques convenables avec des dimensions réduites. Toutefois, les isolations d'ampoules à vide dans un fluide gazeux diélectrique, telles que le SF6, sont coûteuses. En effet, il est nécessaire d'utiliser une cuve étanche équipée de traversées de courant et ces dispositions sont très défavorables à l'environnement, notamment vis-à-vis de la pollution, du recyclage et de l'effet de serre. Les systèmes d'isolation solide d'ampoules à vide sont très sensibles en température et ne permettent pas un démontage ou un démantèlement en fin de vie, lors d'adhésion ou de collage. Ceci a donc des conséquences très néfastes pour l'environnement. Dans le but de diminuer cet impact sur l'environnement, il a été proposé d'utiliser un isolant mixte utilisant à la fois un isolant solide et un isolant fluide gazeux, tel que de l'air à pression atmosphérique ou d'autres gaz comme l'azote. Dans ce cas, l'isolant solide est d'un volume réduit, car il est réalisé sous la forme d'un joint ayant une fonction d'étanchéité au gaz et une fonction diélectrique. Toutefois, selon les réalisations connues de l'art antérieur, ce type d'isolation ne permet pas d'obtenir des performances diélectriques élevées pour les ampoules à vide.
En référence à la figure 1, une ampoule à vide 101 est entourée, aux deux extrémités de sa surface extérieure, de deux joints 102A et 102B. Le joint du haut 102A est placé du côté du contact fixe de l'ampoule à vide 101, tandis que le joint du bas 102B est placé du côté du contact mobile. L'ensemble est placé dans une coque rigide 103 en matière isolante. Or, la structure des joints 102A et 102B est telle que de l'air est emprisonné au niveau de leurs surfaces de contact 104 avec la paroi interne de la coque rigide 103.
En effet, la figure 2A représente, en coupe partielle un détail de la surface repérée 104 sur la figure 1. Celle-ci est constituée de plusieurs lèvres 105 de section pointue, séparées les unes des autres par un espace interstice 106.
La figure 2B représente, toujours en coupe partielle, le même endroit du joint selon l'art antérieur. Ce dernier a été introduit dans la coque rigide 103 et ses lèvres sont donc écrasées, ou plutôt légèrement rabattues chacune dans le même sens, par la pression de la paroi interne de la coque 103 sur un côté de chaque lèvre 105. De l'air s'en trouve donc emprisonné entre chaque lèvre 105 le long d'une ligne B-B'. De même, de l'air peut se trouver emprisonné le long de la ligne A-A', sur l'autre surface. Cet air de rigidité diélectrique faible, limite considérablement les performances diélectriques du système. En effet, un arc d'amorçage peut facilement se déplacer radialement au sein de chaque espace interface 106, afin d'aller chercher le point le plus faible sur la circonférence de la lèvre 105 suivante et ainsi se propager à l'espace interstice 106 suivant. La tenue diélectrique de l'ensemble est fonction de la somme des points les plus faibles sur chaque circonférence du joint 102. De plus, l'épaisseur d'isolant à certains endroits de ce joint 102 est trop faible pour obtenir des performances diélectriques importantes. Enfin, la forme de ce joint 102 selon l'art antérieur n'est pas très favorable au démontage ou au démantèlement en fin de vie à cause de l'effet anti-retour des lèvres 105.
Le but de l'invention est donc d'obtenir des performances diélectriques importantes avec des dimensions réduites pour les ampoules à vide, en agissant sur leur isolement, notamment en empêchant le cheminement de décharges électriques ou étincelles le long des surfaces de contact du joint en service. Il est de plus souhaité de rester conforme à l'environnement. Un démantèlement complet et aisé du système d'isolation en fin de vie de l'ampoule à vide est donc souhaité. De plus, on se propose d'utiliser moins de matériau solide isolant. Ceci va dans le sens d'une réduction de coût, en comparaison avec un système avec isolation entièrement solide.
D'autre part, la demande de brevet européen EP 1 017 142 Al décrit un interrupteur disjoncteur possédant un système d'isolation mixte.
Résumé de l'invention
A cet effet, l'objet principal de l'invention est un joint d'isolation diélectrique pour ampoule à vide destiné à isoler une ampoule à vide par utilisation au moins un joint placé autour de l'ampoule à vide, à l'intérieur d'un boîtier, chaque joint ayant une surface de contact interne et une surface de contact externe, deux surfaces latérales reliant les surfaces de contact interne et externe.
Selon l'invention, une surface de contact interne du boîtier et une surface externe de l'ampoule à vide étant lisses, les surfaces de contact interne et externe du joint sont lisses, ne présentent aucune cavité et font partie du groupe constitué des formes de surface comprenant les surfaces convexes par rapport à l'axe longitudinal du joint et les surfaces présentant une pente qui ne s'inverse pas, par rapport à l'axe longitudinal du joint. Ainsi, on n'emprisonne aucune poche de gaz, lors du montage du joint, dans les interfaces, d'une part entre la surface de contact interne du boîtier et la surface du contact externe du joint et d'autre part entre la surface externe de l'ampoule à vide et la surface de contact interne du joint, afin de supprimer tout risque d'apparition de décharge électrique partielle entre, d'une part la surface de contact interne du boîtier et la surface de contact externe du joint et d'autre part entre la surface externe de l'ampoule à vide et la surface de contact interne du joint.
Cette résistance au cheminement est caractérisée par l'aptitude du joint à épouser parfaitement la surface externe de l'ampoule à vide ou la face interne de l'enveloppe pour s'opposer à la formation d'étincelles électriques qui carboniseraient la surface du jont et/ou la surface externe de l'ampoule à vide ou la face interne de l'enveloppe, et fourniraient ainsi un trajet au courant. Une réalisation principale prévoit que ces surfaces interne et externe de contact du joint soient cylindriques .
Une deuxième réalisation principale prévoit que ces surfaces interne et externe de contact du joint soient coniques.
Une troisième réalisation principale des surfaces interne et externe de contact du joint est que celle-ci soient chacune constituée de deux parties coniques, de conicité différente et reliée par un rayon de raccordement déterminé et formant un V évasé.
Dans ces deux dernières réalisations, on note qu'il est préférable que l'orientation générale de ces surfaces interne et externe soient coniques et de conicité inversée l'une par rapport à l'autre.
Concernant la réalisation générale du joint, il est également préférable que la largeur des surfaces de contact interne et externe soit égale ou supérieure à 5 mm afin de limiter les risques d'amorçages ou de cheminements au niveau de ces interfaces .
Il s'avère également très intéressant que l'épaisseur minimale du joint suivant l'axe longitudinale du joint soit de au moins 4 mm. Ces deux mesures permettent d'augmenter considérablement la tenue diélectrique du joint.
Dans différentes réalisations prévues, le joint possède un évidement dans sa section transversale, pour limiter les efforts dans le joint. En ce qui concerne les surfaces latérales, afin de maitriser les dilatations thermiques, il est également prévu que ces surfaces latérales puissent être en deux parties ayant des inclinaisons différentes .
On prévoit également qu'au moins une de ces surfaces latérales soit arrondie, l'autre étant droite.
Il est également prévu que les surfaces latérales soient arrondies en partie, une partie étant concave, une partie étant convexe.
On prévoit également que le joint puisse avoir une section trapézoïdale, c'est-à-dire deux surfaces de contact externe et interne parallèles à l'axe de révolution du joint, les surfaces latérales étant inclinées de façon inversée.
La section transversale du joint peut être en forme de H.
La section transversale du joint peut également être en forme de N.
Elle peut aussi être en forme de M.
Elle peut également de forme carrée ou rectangulaire.
Dans le cas où la section transversale du joint possède un évidement, elle peut être de forme en W ou en U.
Liste des figures
L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, illustrée de plusieurs figures représentant respectivement : - figure 1, déjà décrite, une vue montrant l'utilisation de deux joints selon l'art antérieur ; - figures 2A et 2B, en coupe partielle, la partie active d'un joint selon l'art antérieure ; figure 3A, en coupe l'utilisation d'un joint selon l'invention ; - figure 3B, en coupe, l'utilisation de deux joints selon l'invention ; figures 4A à 4D, quatre réalisations détaillées de joints selon l'invention ; et figures 5A à 5M des sections de joints différents selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE PLUSIEURS REALISATION DE L'INVENTION
En référence aux figures 3A et 3B, une ampoule à vide 1 est placée dans un boîtier 10 constituant le pôle d'un appareillage électrique de moyenne ou haute tension. Dans cet exemple, le boîtier 10 constitue donc le pôle rigide d'un appareillage utilisé tel qu'un disjoncteur. Quand ce dernier est en position ouverte, un contact mobile 5A de l'ampoule à vide 1 et un contact fixe 5B, placé chacun à une extrémité d'une ampoule à vide 1, sont à des potentiels électriques différents. Il est donc nécessaire d'assurer l'isolation diélectrique de l'ampoule à vide 1 en plaçant entre ces deux contacts mobile 5A et fixe 5B constituant deux électrodes de potentiels différents, un joint 20 constituant un joint d'isolation diélectrique. Une fois en place, le joint 20 empêche le cheminement d'étincelles ou de décharges le long des lignes en traits interrompus A-A' et B-B' . Pour mémoire, on signale que la tenue diélectrique du vide à l'intérieur de l'ampoule à vide 1 est bien supérieure à la tenue diélectrique de l'air à l'extérieur de l'ampoule à vide 1.
En référence à la figure 3B, dans le cas de l'utilisation de deux joints, ces derniers isolent un espace annulaire 24 délimité par une surface latérale de chacun des joints 20, une surface externe 6 de l'ampoule à vide 1 et une surface interne 16 du boîtier 10. L'espace 24 ainsi confiné contient un fluide gazeux, tel que de l'air ou un autre fluide du même type. En d'autres termes, ces deux joints 20 et l'espace 24 qu'ils délimitent forme une barrière diélectrique entre les deux contacts mobile 5A et fixe 5B de potentiels différents. Cette configuration permet d'éviter tout amorçage diélectrique ou contournement d'un des éléments gazeux délimité par les joints 20, soit par cheminement, soit par perforation. Plus précisément, l'étanchéité diélectrique ou tenue diélectrique est assurée entre autre par trois éléments qui sont :
- le contact intime entre les joints 20 et l'ampoule à vide 1, notamment par sa surface externe 6, le long de la ligne A-A' et au contact entre les joints 20 et le boîtier 10, notamment par sa surface interne 16, le long de la ligne B-B' ;
- la compression radiale des joints 20 qui sont en matériau élastomère ; et l'épaisseur de la matière élastomère isolante de chaque joint 20 correctement dimensionné. A cet effet, on constate que dans la réalisation décrite sur la figure 3B, chaque joint 20 possède une section constituée de deux parties coniques 20A et 20B d'inclinaison inversée. En d'autres termes, la section de ce joint est en forme grossière en U. Ceci n'est qu'un exemple de forme relativement simple du joint, d'autres formes plus élaborées sont décrites dans les paragraphes suivants.
Une particularité technique très importante du joint selon l'invention est que la surface externe périphérique ainsi que la surface interne périphérique de chaque joint 20 sont lisses. En effet, on utilise un boîtier 10 dont la surface interne 16 est lisse, de même, l'ampoule à vide 1 possède une surface externe 6 lisse. En correspondance, les surfaces interne et externe de chaque joint 20 sont lisses. On évite ainsi d'emprisonner de l'air entre ces surfaces au moment du montage. La forme générale du joint est optimisée, afin d'obtenir des pressions de contact aux interfaces joints/boîtier et joint/ampoule à vide non homogènes, mais suffisantes. Les contraintes de serrage du joint autour de l'ampoule à vide 1 sont supérieures à celles régnant au niveau du serrage du joint contre le boîtier 10. Ceci permet au joint de rester en place sur l'ampoule à vide lors du montage, du démontage et du démantèlement . Comme on peut le constater sur cette figure
3B, la position des joints 20 sur l'ampoule à vide 1 est optimisé en ce sens que ces derniers sont positionnés sur cette dernière dans des zones où les champs diélectriques sont favorables à des tenues diélectriques importantes. Notamment, ces joints 20 ne sont pas en contact avec les électrodes constituées par les contacts mobile 5A et fixe 5B. Dans le cas contraire, un risque important de perforation des joints existe dans le cas où un champ électrique local trop intense apparaîtrait. En effet, une saille sur l'une des électrodes entraînerait une concentration de champs électrique. Dans le cas où un joint d'étanchéité diélectrique serait en contact avec une de ces électrodes, celui-ci subirait le champ électrique trop important et risquerait d'être dégradé par perforation. La figure 4A montre une première réalisation détaillée du joint.
La surface externe de contact qui est donc lisse est constituée en fait de deux surfaces 31A et 31B, toutes deux coniques par rapport à l'axe 30 du joint, leur inclinaison étant différente, de façon à former un U très ouvert vers l'extérieur. Leur jonction est constituée d'un rayon de raccordement externe RE. De façon analogue, la surface interne de contact est constituée de deux parties 32A et 32B, toutes deux d'inclinaison différente, par rapport à l'axe 30, l'une d'entre elles, en l'occurrence la surface 32A pouvant être cylindrique. Ces deux surfaces de contact internes sont également reliées par un rayon de raccordement interne RI . Ces rayons de raccordement RE et RI contribuent à éviter d'emprisonner de l'air, lors du montage du joint. Si les joints 20 ont été représentés montés autour de l'ampoule à vide 1 et dans le boîtier 10 avec des surfaces de contact lisses, il faut souligner que ces surfaces de contact externes et internes sont lisses, lorsque les joints ne sont pas montés . Dans cette réalisation, les deux surfaces latérales sont également constituées de plusieurs parties. L'une d'elle comprend un évidement 35 constitué par deux surfaces tronconiques 35A jointes par une surface radiale 35B. Cet évidement 35 permet de limiter les efforts au sein du joint, lorsque celui-ci est comprimé, lors de la phase d'assemblage de l'ampoule à vide dans le boîtier.
De même, l'autre surface latérale est constituée de deux surfaces 33A et 33B, elles-mêmes tronconiques, d'inclinaison différente de façon à former un U très ouvert. Le reste des surfaces latérales est constitué de parties radiales 34C, d'une part, et 34A et 34B qui joignent l' évidement 35 aux surfaces de contact interne, d'autre part.
Cette forme de réalisation s'apparente à un U dont une des parties verticales se prolonge légèrement vers le bas. D'autres sections possibles du joint, notamment en forme de lettre, sont énoncées plus loin. Quelle que soit la forme envisagée, l'épaisseur selon la direction parallèle à celle de l'axe 30 du joint doit être égale ou supérieure à 4 (quatre) millimètres. La tenue mécanique s'en trouve évidemment renforcée, mais c'est surtout la tenue diélectrique du joint qui s'en trouve augmentée, notamment en limitant fortement les risques d'amorçage par perforation du joint.
De même, si les surfaces de contact internes 32A et 32B et externes ont une hauteur axiale suffisamment importante, constituant des surfaces d'appui importantes et non pas ponctuelles, elles contribuent surtout à augmenter la tenue diélectrique du joint. Une hauteur axiale est de au moins 5 (cinq) millimètres est ainsi requise. On note d'ailleurs que les champs électriques au niveau de l'interface constitué par les surfaces de contact internes 32A et 32B et la surface externe de l'ampoule à vide sont supérieurs à ceux régnant au niveau de l'interface constitué par les surfaces de contact externes 31A et 31B et la surface interne du boîtier. La largeur des surfaces de contact internes 31A et 31B est donc supérieure à celle des surfaces de contact externes 32A et 32B. A valeur égale de pression de serrage, lors des montages, démontages et démantèlements, cela permet au joint de rester en place sur l'ampoule à vide. Le joint est un matériau élastomère. Lors de son montage, sa déformation permet d'obtenir des pressions de contact suffisantes aux niveau de ses surfaces de contact interne 32A et 32B et au niveau de ses surfaces de contact externe 31A et 31B. Le système est peu sensible en température. En effet, de part la forme de ses surfaces latérales, le joint est libre de se dilater lors des élévations de température et de se contracter lors des diminutions de température.
En effet, le rapport des surfaces en pression, c'est-à-dire les surfaces de contact internes 32A et 32B et externes 31A et 31B, sur les surfaces libres, c'est-à-dire les surfaces latérales 33A, 33B, 34A, 34B, 35A et 35B est suffisamment restreint, pour que la matière élastomère constituant les joints puisse se dilater et se contracter librement en température. Ceci permet de limiter considérablement les contraintes thermomécaniques au sein du joint. Ces contraintes thermomécaniques peuvent, selon le rapport des surfaces chargées sur les surfaces libres, détériorer les systèmes . Un tel joint a été qualifié sur une application de tension nominale de 38kV. Il a la capacité de tenir les tensions normalisées CEI et ANSI : Tension de tenue à fréquence 50Hz/60s/95kVeff, tension de choc de foudre 20OkVc avec des décharges partielles inférieure ou égale à 5pC . Il résiste à des températures de -4O0C à +1150C de manière continue.
D'autres réalisations détaillées sont décrites sur les figures 4B, 4C et 4D.
La figure 4B montre une réalisation du joint ayant une forme générale s ' apparentant à celle représentée à la figure 4A, excepté que les surfaces de contact externe 41 et interne 42 sont cylindriques et parallèles à l'axe 40 du joint. Ce dernier possède toujours un évidement 45 débouchant sur une surface latérale complétée par deux parties de surface latérale 44A et 44B. L'autre surface latérale est constituée d'une partie 44C rejoignant perpendiculairement la surface de contact interne 42.
La figure 4C représente une réalisation du joint avec des surfaces de contact externe 51 et interne 52 coniques, avec des inclinaisons opposées. Le reste des surfaces latérales et de conception similaire aux précédentes, à savoir qu'elle possède un évidement 55 complétée des deux parties latérale 54A et 54B, l'autre surface latérale étant complétée d'une partie latérale 54C. Enfin, une quatrième réalisation est décrite par la figure 4B, sur laquelle les surfaces de contact externe 61 et interne 62 sont incurvées par un rayon de courbure relativement important. On remarque que l'orientation générale de ces deux surfaces et légèrement inclinées par rapport à l'axe 60 du joint, c'est-à-dire une orientation générale tronconique et opposée d'une surface à l'autre. Ce type de joint possède également un évidement latéral 65, complété de deux parties latérales 64A et 64B, l'autre surface latérale étant complétée d'une partie latérale 64C.
Les figures 5A à 5M montrent qu'il est possible de donner au joint une section différente de celle décrite à la figure 4. En effet, la section représentée par la figure 5A est un rectangle avec. En d'autres termes, les surfaces latérales sont perpendiculaires à l'axe 50, tandis que les surfaces de contact interne et de contact externe sont parallèles à celui-ci . De façon analogue, la figure 5B montre une section du joint en forme de carré.
La section représentée par la figure 5C est trapézoïdale, les surfaces de contact interne et de contact externe étant toujours concentrique à l'axe 50, mais les surfaces latérales ayant une inclinaison respectivement opposée.
La section représentée par la figure 5D comprend des surfaces latérales constituées de deux parties d'inclinaison opposées par rapport à la perpendiculaire à l'axe latéral 50, c'est-à-dire formant des surfaces légèrement convexes. La section représentée par la figure 5E présente une surface latérale perpendiculaire à l'axe 50, et une arrondie de forme convexe.
La section représentée par la surface 5F présente des surfaces latérales en deux parties, d'inclinaisons différentes et opposées, formant une surface latérale convexe en forme de V et une surface latérale concave en V.
La figure 5G montre un joint dont les surfaces latérales sont constituées pour l'une par deux surfaces d'inclinaison opposées formant une surface latérale convexe et une surface latérale légèrement arrondie .
La figure 5H montre un joint dont les surfaces latérales sont en deux parties chacune, et comporte plus précisément une partie concave et une partie convexe, ces surfaces latérales étant en forme de S.
La section représentée par la figure 51 est une section en H, un évidement de forme quadrilatéral étant ménagé dans chaque surface latérale.
La figure 5J montre une section en forme de U.
La figure 5K montre une section du joint en forme de W.
La figure 5L montre une section en forme de M.
Enfin, la figure 5M montre une section en forme de N. Avantages de l'invention
Les performances diélectriques d'un appareillage équipé de tels joints sont relativement importantes pour un caractère assez compact de 1 ' appareillage .
La tenue diélectrique est importante aux interfaces de contact entre le joint et le boîtier et le joint et l'ampoule à vide. De même, à l'intérieur du joint, la tenue diélectrique est importante.
Cette résistance au cheminement se caractérise par l'aptitude du joint à épouser parfaitement la surface externe de l'ampoule à vide ou la face interne de l'enveloppe pour s'opposer à la formation d'étincelles électriques qui carboniseraient la surface du joint et/ou la surface externe de l'ampoule à vide entre A et A' et/ou la face interne de l'enveloppe entre B et B' (figures 3A et 3B) et fourniraient ainsi un trajet au courant soit entre A et
A' ou soit entre B et B' .
Le démantèlement de l'appareillage en fin de vie est assez aisé et les quantités de matières isolantes sont réduites, ce qui est conforme aux normes de l'environnement.
Cette solution est d'un coût relativement restreint, facilement industrialisable, grâce au moulage en série à haute cadence et un assemblage sans collage . L'ensemble est peu sensible aux variations de températures, les joints étant libres de se dilater ou de se contracter.
La mise en place est aisée, compte tenu du fait que le joint est facilement déformable.
Enfin, le système est démontable.

Claims

REVENDICATIONS
1. Joint d'isolation diélectrique pour ampoule à vide, destiné à isoler une ampoule à vide (1), par utilisation de au moins un joint (20) autour de l'ampoule à vide (1) à l'intérieur d'un boîtier (10), le joint ayant une surface de contact interne (32A, 32B, 42, 52 et 62) et une surface de contact externe (31A, 31B, 41, 51 et 61), deux surfaces latérales reliant les surfaces de contact interne et externe, caractérisé en ce que, une surface de contact interne (16) du boîtier (10) et une surface externe (6) de l'ampoule à vide (1) étant lisses, les surfaces de contact interne (32A, 32B, 42, 52 et 62) et externe
(31A, 31B, 41, 51 et 61) du joint sont lisses, ne présentent aucune cavité et font partie du groupe constitué des formes de surface comprenant les surfaces convexes par rapport à l'axe longitudinal (30, 40, 50 et 60) du joint et les surfaces présentant une pente qui ne s'inverse pas, par rapport à l'axe longitudinal (30, 40, 50 et 60) du joint, de manière à n'emprisonner aucune poche de gaz, lors du montage du joint, dans les interfaces, d'une part entre la surface de contact interne (16) du boîtier (10) et la surface du contact externe (31A, 31B, 41, 51 et 61) du joint et d'autre part entre la surface externe (6) de l'ampoule à vide (1) et la surface de contact interne (32A, 32B, 42, 52 et 62) du joint, afin de supprimer tout risque d'apparition de décharge électrique partielle entre, d'une part la surface de contact interne (16) du boîtier (10) et la surface de contact externe (31A, 31B, 41, 51 et 61) du joint et d'autre part entre la surface externe (6) de l'ampoule à vide (1) et la surface de contact interne (32A, 32B, 42, 52 et 62) du joint.
2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur axiale des surfaces de contact interne (32A et32B) et de contact externe (31A et 31B) est égale ou supérieure à 5mm.
3. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur minimale du joint suivant l'axe longitudinale du joint est de 4mm.
4. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de contact interne (32A et 32B) et externe (31A et 31B) sont cylindriques par rapport à l'axe joint.
5. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de contact externe (51) et interne (52) sont coniques.
6. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de contact interne et externe sont constituées de deux parties coniques (51A, 51B) et (52A, 52B) ayant des inclinaisons différentes et reliées par un rayon de raccordement (RE, RI) déterminé et formant un vé évasé.
7. Joint selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les surfaces de contact interne (32A, 32B) et externe (31A et 31B) sont d'orientation générale inclinée par rapport à l'axe (30) du joint, c'est-à-dire d'orientation conique.
8. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa section transversale possède un évidement (35) .
9. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces latérales sont constituées chacune d'une partie convexe et d'une partie concave.
10. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale du joint est en forme de H.
11. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces latérales sont constituées de deux parties d'inclinaison différentes.
12. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins une surface latérale est arrondie .
13. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale du joint est de forme carrée.
14. Joint selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section transversale du joint est de forme rectangulaire.
15. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale du joint est de forme trapézoïdale.
16. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa section transversale est en forme de N.
17. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa section transversale est en forme de M.
18. joint selon la revendication 1, caractérisé en ce sa section transversale est en forme de U.
19. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa section transversale est enforme de W.
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