WO2014154786A1 - Conducteur leger auto deglacant - Google Patents

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WO2014154786A1
WO2014154786A1 PCT/EP2014/056124 EP2014056124W WO2014154786A1 WO 2014154786 A1 WO2014154786 A1 WO 2014154786A1 EP 2014056124 W EP2014056124 W EP 2014056124W WO 2014154786 A1 WO2014154786 A1 WO 2014154786A1
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WO
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conductor
contact
electrical
corrugations
disconnector
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Ceased
Application number
PCT/EP2014/056124
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English (en)
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Daniel Demissy
Pascal BABIN
Martin Leger
Clément ROLLIER
Riyad Kechroud
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GE Vernova GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H31/00—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H31/26—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means with movable contact that remains electrically connected to one line in open position of switch
    • H01H31/28—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means with movable contact that remains electrically connected to one line in open position of switch with angularly-movable contact
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
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    • H01H31/02—Details
    • H01H31/026—Movable parts and contacts mounted thereon
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2205/00—Movable contacts
    • H01H2205/002—Movable contacts fixed to operating part

Definitions

  • the present invention relates to a conductor for electrical equipment, and in particular to a movable contact for disconnector for transmission and distribution of high voltage electrical energy installations in the open air.
  • the main application area is the high voltage but the invention can equally well apply for a medium or low voltage conductor.
  • the invention relates more particularly to the relief of such a driver.
  • a high voltage substation comprises in particular a set of circuit breakers and disconnectors.
  • the disconnector in a substation has a safety function: it is opened after the circuit breaker has been opened, making any intervention on the substation safe.
  • the disconnector comprises, in known manner, a movable contact rotated about an axis usually called blade and a fixed contact. When the disconnector is closed, the movable contact and the fixed contact are in mechanical and electrical contact.
  • the movable contact is in a substantially horizontal position when the disconnector is closed and in a substantially vertical position when the disconnector is open.
  • the fixed contact is formed by a set of interconnected parts, in which is housed the movable contact when it is moved.
  • a disconnector must be capable of having a high seismic resistance. Now, the more heavy parts are used, the more this can be detrimental to the seismic behavior of a disconnector.
  • a HV disconnector in normal operation, a HV disconnector must undergo a temperature rise limited to a threshold,
  • An isolator must also withstand some seismic constraints, which can also be high.
  • An object of the invention is therefore to provide electrical equipment, more particularly a disconnector of the type of those described above, which uses lighter parts, including a lighter moving contact than those of electrical equipment according to the state of the art. art.
  • such equipment responds to high thermal stresses and can operate, under ice, with lower mechanical parts, therefore more economical, while having satisfactory operation in winter ice conditions.
  • the subject of the invention is a conductor for electrical equipment comprising at least one profile made of electrically conductive material, elongate along a longitudinal axis (Y), comprising an outer surface at least a portion of which has, in a plane perpendicular to the longitudinal axis, undulations, which also extend on this outer surface, in a direction parallel to the longitudinal axis (Y).
  • the subject of the invention is also a conductor for electrical equipment comprising at least at least one section of electrically conductive material, elongate along a longitudinal axis (Y), having an outer surface at least a portion of which has grooves or grooves, extending in a direction parallel to the longitudinal axis.
  • corrugations or grooves or grooves create an elongation of the perimeter of the outer surface and increase the heat dissipation surface of the profile with the ambient air or with the ice (and / or snow) therein filed.
  • the thermal conduction between the driver and the ice (and / or snow) causes the melting a part of it, which will flow into water.
  • Evaporation of the water instead helps cool the blade with the above mentioned lubricating water.
  • This water remained on the driver's body and evaporates due to heat exchange. Coupled with the phenomenon of convection of the air, water vapor allows to eliminate even more thermal energy, only by the convection phenomenon alone.
  • the corrugations or grooves or grooves form a surface that can be clogged by ice (and / or snow). This causes a heating of this same surface by preventing natural convection, but improving the conduction of heat energy to the ice.
  • ice (and / or snow) on the conductor prevents convection of air. But, by depositing itself directly on the portion of the conductor where there is localized heating, it absorbs the heat normally dissipated in the air.
  • the invention makes it possible to reduce the weight of the blade of a conductor, and in particular of a high voltage disconnector. It therefore makes it possible to reduce the stresses on the mechanical parts actuating this conductor in ice (and / or snow) conditions.
  • the invention is thus adapted to de-icing systems by injection of strong currents.
  • the corrugations or grooves or grooves increase the convective heat transfer area and / or radiation; the profile can be in this case anodized.
  • a rounded shape of the corrugations or grooves or grooves further promotes aerodynamics of the driver by contributing to better air circulation.
  • a rounded shape of the corrugations or grooves or grooves is preferred in order to avoid the peak effects inherent in the triangular and / or rectangular shaped fins usually used in industry, and thus to reduce dielectric stresses at high voltage.
  • the outer surface of the conductor may be provided with simple and / or complex corrugations.
  • complex corrugations there may be mentioned corrugations with fractal geometry, comprising major corrugations, each one itself provided with secondary corrugations.
  • the conductor is hollow internally, the hollow having a cylindrical shape on all or part, or most of the length of the conductor.
  • the cylinder may have an inner diameter of between 2.5 cm and 7.5 cm (or even 10 cm).
  • the thickness of the crown may be between 5 mm and 2.5 cm.
  • a conductor according to the invention is particularly suitable for producing a movable contact for a disconnector.
  • the conductor comprises two support elements, spaced apart from each other along a longitudinal axis.
  • each of these support members is arranged at a longitudinal end of the conductor.
  • a conductor according to the invention comprises at least one electrical contact element intended to come into contact with a distinct electrical contact to ensure an electrical connection.
  • Each contact element can then be attached to the corrugated profile of the driver.
  • the corrugations are distributed between the contact elements.
  • a conductor as described above may further include at least one lateral protrusion, extending beyond the outer surface of the conductor, in said plane perpendicular to the longitudinal axis.
  • Each lateral protrusion may comprise an outer surface of which a portion is provided with corrugations, in a plane perpendicular to said longitudinal axis.
  • Each lateral protrusion may comprise an outer surface of which a portion is flat.
  • Each lateral protrusion may provide electrical contact or be provided with a part intended to provide electrical contact.
  • Two lateral protuberances may be provided, arranged symmetrically on either side of a plane of symmetry of the driver.
  • the profile is preferably made by extrusion
  • It is preferably aluminum or copper or an aluminum or copper alloy.
  • a conductor according to the invention may be provided at one of its ends with pivoting means of articulation.
  • a conductor according to the invention may comprise at least one lateral reinforcing means. This may be provided with a hollow or notch, open towards the hollow, or towards the hollow portion, of the driver.
  • the invention also relates to high voltage electrical equipment comprising at least one conductor according to the invention, and at least one electrical contact, with which said conductor is able to come into contact.
  • At least one of the electrical contacts may comprise a plurality of separate contacts with which the same side portion of said conductor may come into contact.
  • the conductor according to the invention can be fixed, said electrical contact being a moving contact.
  • the conductor according to the invention is mobile, said electrical contact being a fixed contact.
  • the invention also relates to such an electrical apparatus, wherein said electrical contact is U-shaped.
  • Each branch of the U may comprise at least one fixed contact extended by an inwardly folded tab so as to be substantially parallel to the U branch that it extends, said tab being intended to come into mechanical contact with at least one element of contact of the mobile contact.
  • Reminder means may be interposed between the tab and the leg of the U that it extends, to bias the tab inward towards the moving contact when it is in contact with the fixed contact.
  • the invention also relates to a high-voltage disconnector comprising electrical equipment as above.
  • the invention also relates to a high-voltage disconnector, comprising an electrical conductor as described above, mounted and articulated by pivoting on an insulating support, and at least one electrical contact, with which said conductor is able to come into contact. by a pivoting movement, for example on an insulating support.
  • the invention also relates to a method of operating a conductor or an electrical equipment or a disconnector according to the invention, wherein a current flows from one end to the other of the conductor, creating Joule effect heat release at its wall. Ice and / or snow that is accumulated in the corrugations or grooves or grooves will melt effectively.
  • FIG. 1A is a side view of an embodiment of a disconnector according to the present invention in the closed position
  • Figure 1B is a side view of the disconnector according to Figure 1A but in the open position
  • FIGS. 2A, 2B and 2C are respectively enlarged side, top and front views respectively of the right side of the high voltage disconnector S according to FIGS. 1A and 1B at the fixed contact,
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of a conductor according to a mode of the invention without contact element
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of a variant of a conductor according to a mode of the invention, without contact element,
  • FIG. 4A represents a detail of the cross-sectional view of a conductor according to one embodiment of the invention
  • FIG. 5 is a side view of a lateral contact element for a conductor according to the invention.
  • FIGS. 1A and 1B show an example of a high-voltage disconnector S, for example for a voltage of the order of 245 kV, to which the conductor according to the invention can be applied.
  • This isolator S comprises a movable contact 2 formed by a conductor according to the present invention, elongated along a longitudinal axis.
  • Each of the fixed contacts is intended to be in mechanical contact with one end of the movable contact .
  • the insulating support 8 of the movable contact 2 is formed of two columns 8.1, 8.2.
  • the insulating support 10 is formed of a single column. Each column is arranged perpendicular to the ground or the surface of the support 7.
  • the movable contact 2 is usually called a blade in a high-voltage disconnector S. It is here rotatably mounted about an axis substantially orthogonal to the plane of the figure, to move the disconnector from a closed position (conductor substantially horizontal position, Figure 1A) to an open position (conductor in substantially vertical position, Figure 1B).
  • a trirectangle reference X, Y, Z is defined, the Y axis being the longitudinal axis of the conductor 2 when the latter is in the closed position.
  • the fixed axis Z is aligned with the direction of the insulating support 10, and is perpendicular to the ground or the horizontal surface of the support 7. It is aligned with the vertical of the place where the device is located.
  • the X axis is perpendicular to the Y and Z axes.
  • the X axis is the axis directed horizontally and the Z axis is directed vertically.
  • the conductor 2 in the closed position (FIG. 1A), defines, with the fixed axes X and Z, an orthogonal X, Y, Z axis system.
  • the movable contact 2 is electrically connected, by means of a separate electrical contact to a network. high voltage electrical, via a connection 12 which extends substantially horizontally.
  • the fixed contacts 4 are, in turn, connected to the network by a connection 13 of similar construction to the connection 12.
  • the current coming from the high voltage distribution network can pass from one of the connections, for example the connection 12 to the other, for example the connection 13.
  • the invention also applies to a disconnector with a single fixed contact 4.
  • the mechanism for actuating the disconnector is of known type and will not be described in detail.
  • it comprises a spiral ribbon spring intended to cause balancing of the blade 2 of the disconnector.
  • the insulating column 8.1 also forms a control rod for controlling the displacement of the moving contact or blade 2.
  • Such a fixed contact 4 has substantially a U-shaped section forming a jaw, whose two substantially parallel branches are electrically conductive. These two branches define an air gap in which is positioned the movable contact 2 when the disconnector is in the closed position, the electrical conduction is effected between the movable contact and the parallel branches. More exactly, as can be seen in FIGS. 2A and 2C, the fixed contact 4 comprises a U-shaped part 30, this part being fixed on the insulating support 10 by its bottom 30.1. It comprises two branches 30.2, 30.3, substantially parallel to each other, between which is positioned the movable contact 2 in the closed position.
  • Each leg 30.2, 30.3 is extended by a tab 32.2, 32.3 folded inwards and intended to come into contact with a contact element 16.2, 16.1 of the movable contact 2 as described below.
  • the branches 30.2, 30.3 of the U are for example made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the tabs 32.2, 32.3 may be silver copper.
  • Elastic means 34 for example a helical spring 34.2, 34.3, are advantageously provided between each leg 32.2, 32.3 and the corresponding leg 30.2, 30.3, thus pushing the leg 32.2, 32.3 towards the inside of the fixed contact.
  • the tabs 32.2, 32.3 are reported by screwing on the branches 30.2, 30.3 respectively.
  • the mobile contact 2 according to the present invention is described in more detail below, more particularly with reference to FIGS. 3 and 4A, 4B.
  • the mobile contact 2 according to the invention has a much lower weight than those used until now in the high-voltage disconnectors used off ice and under ice, while allowing the passage of electrical current between the connections 12 and 13.
  • FIGS. 3A and 3B shows a cross-sectional view (along the X, Z plane) of a conductor 2 according to the invention, mounted as a moving contact of the high-voltage disconnector according to the example of FIGS. 1A and 1B described. above.
  • Each of these cross sections is for example made on the side of the end 2.2 of the conductor 2 in an area outside the zone of the contact legs of the fixed contact 4.
  • This conductor is hollow, of inner surface 2 '.
  • the device seen in section in FIG. 3A, comprising zones reinforced by lateral reinforcement means 17, 19, is adapted to operate with a relatively high current, for example about 3000 A. It is preferably used for lower voltages. at 115 kV or 150 kV or 200 kV, because it is more sensitive, than that of Figure 3B, to radio interference.
  • Each of the lateral reinforcing means 17, 19 can be made along the entire length of the conductor.
  • the device seen in section in FIG. 3A, without reinforced zone 17, 19, is adapted to operate with a lower current, for example approximately 2500 A, but can be used at a higher voltage, greater than 115 kV or 150 kV or 200 kV.
  • the movable conductor (or blade) 2 comprises corrugations 23, 24 on at least a portion of its outer periphery, or almost all of its outer periphery.
  • the lower zone 200 is also provided with corrugations; this zone can indeed be clogged with ice when the device is in the open position. By closing it, the heating will then cause the same effects as already described above.
  • saw cuts may be provided in the areas 17 and 19 to create a chimney effect; they improve cooling. These saw cuts may be arranged along a vertical axis, passing areas 17 and 19 and for example joining the two depressions or indentations 170, 190.
  • the reinforced zone or zones 17, 19, the outermost portion of which extends beyond the outer diameter defined by the apex of the corrugations 24, make it possible to dielectrically protect these saw-cuts.
  • the notches 170, 190 which are open towards the inside of the conductor, make it possible to fix a plate at the end of the blade, this plate being perpendicular to the axis of the hollow conductor, and to fix (for example also with 2 screws) the blade on the contact 4 'at the end 2.1.
  • a plate perpendicular to the axis of the hollow conductor may for example have 2 holes aligned with the internal notches 170, 190 of the extrusion, for closing the hollow of the conductor by two screws, for example self-tapping screws, which allow to fix said plate at the end of the hollow tube.
  • the corrugated outer surface of the conductor has portions 23, 24 alternately high and low with respect to the inner surface 2 '.
  • the upper portions 24 preferably have a rounded profile, close to a portion of a circle of radius r.
  • the lower parts do not need to have this rounded shape.
  • the outer surface of the conductor has an altitude h, relative to the inner surface 2 ', which varies between a minimum value h m i n which corresponds to the lowest zones 23, and a maximum value h max , which corresponds to at the highest zones 24.
  • the difference h max _ h min between these two values is preferably between 6.5 mm and 9.5 mm, more generally between 5 mm and 2.5 cm.
  • the diameter of the cylinder defined by the inner surface 2 'can for example be between 2.5 cm and 7.5 cm.
  • this outer surface has corrugations or grooves or grooves 230 which extend longitudinally, parallel to the Y axis, on a part of the length (along Y) of the driver, or even over this entire length.
  • the corrugations create a perimeter greater than the perimeter that results from a smooth outer profile 210 (shown in broken lines in FIG. 4A).
  • the outer surface of the conductor is therefore also greater than that which results from a smooth surface such as that of which we see the trace 210 in this figure.
  • Radiator and promotes heat exchanges with the ambient air.
  • the efficiency of the driver is increased by several tens of%, for example by at least 50%, especially when the blade is exposed to wind or rain.
  • a conductor according to the invention has an outside diameter of 101.6 mm and an inside diameter of 85.4 mm
  • the corrugations can be simple, as shown in Figure 3A or 3B; alternatively they may also be complex, for example they may have a fractal geometry; each elemental ripple is then provided with secondary corrugations at its periphery.
  • the driver described here is easily integrated into the deicing systems of electrical networks.
  • the section 2 is for example aluminum or copper or an aluminum alloy or copper.
  • the conductor 2 has a generally elongated shape articulated by one of its longitudinal ends 2.1 on the first insulating support 8.
  • Its other longitudinal end 2.2, opposite the end 2.1, may be provided with one or two (or more) lateral growths 2.10, 2.20 which extend beyond the outer periphery of the conductor, and which will make it possible to ensure electrical contact, for example by coming into direct contact with a fixed contact 4 arranged on the insulating support 10.
  • These lateral protuberances 2.10, 2.20 may be made with the driver's body.
  • the corrugations 23, 24 are distributed on the outer surface of the conductor, between these lateral protrusions.
  • a part of the outer surface of these lateral protrusions can, in cross-section, also be provided with corrugations, having portions 23.10, 24.10 and 23.20, 24.20 alternately high and low with respect to a flat surface.
  • corrugations are preferably distributed in a portion that is not intended to directly ensure the electrical contact itself.
  • these corrugations will define, parallel to the Y axis, corrugations or grooves or grooves.
  • Contact members 16.1, 16.2 may be provided to be applied to these lateral protrusions. These are for example extruded parts. They have an elongate shape, illustrated in FIG. 5, comprising an upper surface 16.20 and a lower surface 16.20 ', and a flat or rounded lateral end 16.21 intended to ensure the electrical contact itself with the corresponding parts of the contact 4. They come into contact against the protuberances 2.20, 2.10 for example by applying the upper surface 16.20 against the lower surface 2.20 'of the lateral protrusion.
  • FIG. 5 is represented the contact element 16.2, a similar description applies to the contact element 16.1 and the corresponding lateral protrusion.
  • These contact elements 16.1, 16.2 can be assembled, for example by bolting, on each of the parts 2, 10, 2.20.
  • FIGS. 2B and 2C shows the physical contact of the stationary contact elements with the contact elements 16.1, 16.2 of the mobile conductor 2 according to the invention, in the closed position of a disconnector: the contact elements 16.1, 16.2 are each bearing against one of the tabs 32.2, 32.3 of the fixed contact 4.
  • the movable contact 2 may comprise two contact elements 16.1 and 16.2 at each of its ends. To each of these contacts 16.1, 16.2 can be associated with 1 to 5 contacts such as the contacts 32 ( Figure 2A), with which the contact 16.1, 16.2 comes into electrical contact.
  • 16.2 of the movable conductor 2 can be provided with a sufficient length (along the Y axis) to extend along the length of a plurality of fixed contact 32, for example about five of these fixed contacts. Thus, it ensures a permanent contact between fixed contact 4 and movable conductor 2, even in case of short-circuit displacement along the Y axis.
  • the contact elements 16.1, 16.2 are preferably made of silver-plated copper.
  • the first longitudinal end 2.1 of the profile 2 may also comprise contact elements for cooperating with the other fixed contact 4 'arranged on the other insulating support 8.
  • the general operation of the disconnector according to the present invention is similar to that of a disconnector of known type and will not be described in detail.
  • the movable contact 2 according to the invention is rigid by its tubular shape. Thus, it does not deform under the effect of constraints during operation of the disconnector; the fixed contact 4 is, in turn, able to deform to adapt to the dimension of the movable contact 2 during operation.
  • a deformation of the fixed contact 4 can be obtained by means of elastic properties, for example here the flexible tabs 32.2, 32.3 and the helical return springs 34.2, 34.3.
  • the dimension of the gap increases when the movable contact 2 enters the fixed contact 4 and adapts to the transverse dimension of the movable contact 2, the latter being defined by the distance separating the ends of the contact elements 16.1, 16.2 oriented radially outwards and themselves attached to the profile 2.
  • the electrical contact thus obtained between the mobile conductor 2 according to the invention and a fixed contact 4 is of very good quality, even at very high voltages.
  • stop means along the Y axis may be provided to limit the recoil movement of the profile 2 during an electrical short circuit.
  • These means are formed by the curved end of the arc horn 36 of the movable contact 2, able to abut against one or more gaps 31, which are fixed on the piece 30 and extend on either side
  • FIG. 2B seen from above of the structure of FIG. 2A.
  • the invention described allows, by the provision of corrugations or grooves or grooves on the periphery of the blade, corrugations (or grooves or grooves) which clogged with ice and / or snow, a heating thereof and, by this, an easy release of this ice (or snow) during a maneuver.
  • the invention it is possible to reduce the weight of the de-iced conductor, with respect to a conventional conductor, by up to 30% for a high-voltage aluminum disconnector blade.
  • the radiator shape of the blade also allows a reduction of about 30% in off-ice conditions (or snow) compared to a blade according to the state of the art.
  • the conductor according to the invention may be suitable for any type of electrical equipment to provide intermittent or continuous electrical contact.
  • the driver according to the invention can be a fixed contact, installed once and for all. In fixed configuration, permanently installed, this conductor offers a conformability, by its intrinsic flexibility and by the elastic means of spacing between contact elements. Its geometry can therefore adapt to wish with other components to which it is electrically connected.
  • the conductor In the case where the conductor is intended to electrically connect two parts of an electrical apparatus, it may comprise contact elements at its two longitudinal ends: the contact elements of one end come into contact with a part of the apparatus electrical and the elements of the other longitudinal end come into contact with the other part of the electrical equipment. In this case, the current flows in the longitudinal direction, from one longitudinal end to another.
  • the present invention is not limited to a movable contact by pivoting, but also applies to a movable contact in translation and to a movable contact in translation and / or by pivoting.
  • a conductor according to the present invention may comprise more than two contact elements.
  • the electrical equipment according to the present invention has a lower weight compared to those of the state of the art, in particular the disconnectors. Because of this weight relief, the ability of a disconnector according to the invention to withstand severe seismic stresses and to resist during an ice maneuver is increased.
  • a conductor according to the invention can be trimmed with a larger number (or a smaller number) of corrugations.
  • the corrugations all have a simple rounded shape, it is possible to produce more complex shapes in the context of the invention (main corrugations provided with secondary corrugations that are found in fractal geometries). ) and elongated, while maintaining their ability to be clogged with ice and / or snow to promote heating of the driver. Moreover, reducing the weight of the conductor by reducing its cross-section contributes to the increase of the electrical resistance and thus to the heating.
  • a reduction in weight of the order of 30% can be achieved, compared to circular section profiles usually used for electrical equipment and for the same current passing through said apparatus. As explained above, this weight reduction of the order of 30% is obviously advantageous when the electrical equipment is subjected to seismic stresses.
  • the invention also has advantages for applications where one seeks a saving of weight and / or material for a driver. For example, it may be advantageous to have such a reduction for the busbars, that is to say current busbars connecting several electrical devices to each other.
  • the invention can equally well be applied to low or medium voltage switchgear, for example for a busbar .
  • the invention proposes a conductor whose weight is less important, compared to a traditional conductor, for a current and a given heating threshold, thanks to a reduction of its cross section.
  • the heating, for a given current is lower than that in a traditional conductor, and although its electrical resistance is greater, due to the reduction of its cross section through a larger convective and / or radiative surface.
  • a conductor according to the invention has a current greater than that of a traditional conductor, of greater cross-section, thanks to a larger convective and / or radiative outer surface.
  • the driver is thus well suited to de-icing applications by injection of strong currents.
  • the electrical resistance of such a conductor is greater than that of a traditional conductor through a reduction of the cross section.
  • the Joule losses that are generated there, at the passage of a given current are larger and thus allow faster deicing in comparison with a traditional driver.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

L'invention concerne un conducteur (2) pour appareillage électrique comportant au moins un profilé creux (2) en matériau conducteur électrique, allongé selon un axe longitudinal (Y), comportant une surface extérieure dont au moins une partie forme des ondulations (23, 24), dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal. Ce conducteur peut former avantageusement un contact mobile (lame) (2) de sectionneur haute tension.

Description

CONDUCTEUR LEGER AUTO DEGLAÇANT DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte à un conducteur pour appareillage électrique, et notamment à un contact mobile pour sectionneur pour installations de transmission et de distribution d'énergie électrique haute tension à l'air libre.
Plus généralement, elle concerne aussi un commutateur pour installations de transmission et de distribution d'énergie électrique haute tension à l'air libre .
Le domaine d'application principal visé est la haute tension mais l'invention peut tout aussi bien s'appliquer pour un conducteur moyenne ou basse tension.
L' invention a trait plus particulièrement à l'allégement d'un tel conducteur.
Un poste électrique à haute tension comporte notamment un ensemble de disjoncteurs et de sectionneurs .
Le sectionneur dans un poste électrique a une fonction de sécurité : celui-ci est ouvert après que le disjoncteur a été ouvert, rendant sûre toute intervention sur le poste.
Le sectionneur comporte, de manière connue, un contact mobile en rotation autour d'un axe usuellement appelé lame et un contact fixe. Lorsque le sectionneur est fermé, le contact mobile et le contact fixe sont en contact mécanique et électrique .
Le contact mobile est en position sensiblement horizontale lorsque le sectionneur est fermé et en position sensiblement verticale lorsque le sectionneur est ouvert.
Le contact fixe est formé par un ensemble de pièces reliées entre elles, dans lequel vient se loger le contact mobile lorsque celui-ci est déplacé.
Ce sectionneur donne satisfaction en termes de sécurité de fonctionnement et d'efficacité de conduction du courant.
La demanderesse a proposé dans la demande de brevet international WO 2010/106126 un tel sectionneur haute tension, qui en outre est de conception simplifiée .
La nécessité de répondre à des contraintes mécaniques élevées, lorsque le contact mobile doit opérer avec un poids supplémentaire dû à de la glace, impose de renforcer l'appareil opérant sous glace par rapport au cahier des charges d'un appareil opérant hors glace. Autrement dit, en vue d'une utilisation dans des conditions hivernales avec formation de glace, on doit sur-dimensionner les pièces mécaniques servant à actionner le contact mobile. Mais cela augmente fortement le prix de l'appareil.
Par ailleurs, la nécessité de répondre à des contraintes thermiques élevées impose aux concepteurs de sectionneur de sur-dimensionner le contact mobile par rapport au cahier des charges de conduction du courant. Plus exactement, les concepteurs doivent augmenter la section droite du contact mobile. Ce faisant, la section droite dudit contact est augmentée et donc sa résistance électrique est diminuée ce qui empêche 1 ' échauffement du contact.
Mais, augmenter la section droite du contact mobile (la lame) revient à augmenter son poids.
Un sectionneur doit en outre être capable d'avoir une tenue sismique élevée. Or, plus on utilise des pièces lourdes, plus cela peut être nuisible à la tenue sismique d'un sectionneur.
Pour résumer, on est confronté aux contraintes suivantes :
- en fonctionnement normal, un sectionneur HT doit subir une élévation de températures limitée à un seuil ,
- un sectionneur doit en outre opérer avec une certaine contrainte du poids de la glace, qui peut être élevé,
- un sectionneur doit en outre résister à certaines contraintes sismiques, qui peuvent aussi être élevées .
Or, il a été constaté que le poids de la lame, c'est-à-dire le contact mobile du sectionneur, surtout lorsqu'il est alourdit par de la glace, était un facteur néfaste, entraînant la casse du sectionneur lorsque celui-ci doit opérer sous le poids de la glace et lorsqu'il est soumis à des secousses sismiques (avec ou sans glace) et qu'il est en position d'ouverture. Il se pose donc le problème d'alléger le plus possible le conducteur tout en dissipant la glace qui peut y être déposée.
Il se pose également le problème d'alléger le plus possible la lame d'un sectionneur haute tension sans pour autant qu'elle ne surchauffe lors du fonctionnement de ce sectionneur.
Un but de l'invention est donc de proposer un appareillage électrique, plus particulièrement un sectionneur du type de ceux décrits ci-dessus, qui utilise des pièces plus légères, notamment un contact mobile plus léger que ceux des appareillages électriques selon l'état de l'art.
De préférence, un tel appareillage répond à des contraintes thermiques élevées et peut opérer, sous glace, avec des pièces mécaniques plus faibles, donc plus économiques, tout en ayant un fonctionnement satisfaisant dans des conditions de glace hivernale.
EXPOSÉ DE L' INVENTION Pour ce faire, l'invention a pour objet un conducteur pour appareillage électrique comportant au moins un profilé en matériau conducteur électrique, allongé selon un axe longitudinal (Y) , comportant une surface extérieure dont au moins une partie a, dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal, des ondulations, qui s'étendent également, sur cette surface extérieure, selon une direction parallèle à l'axe longitudinal (Y) .
L'invention a également pour objet un conducteur pour appareillage électrique comportant au moins un profilé en matériau conducteur électrique, allongé selon un axe longitudinal (Y) , comportant une surface extérieure dont au moins une partie a des cannelures ou des rainures, s' étendant suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal.
Les ondulations ou les cannelures ou les rainures créent un allongement du périmètre de la surface extérieure et augmentent la surface de dissipation d'énergie thermique du profilé avec l'air ambiant ou avec la glace (et/ou la neige) qui s'y est déposée .
Elles permettent d' induire un passage inégal du courant, créant un échauffement localisé sur la surface extérieure, compensé par la convection avec l'air ambiant.
On rappelle ici que le phénomène de convection naturelle consiste en un transfert de chaleur entre un corps solide (ici : le conducteur) et l'air environnant en mouvement libre.
La transmission de la chaleur à l'air environnant, due à l'effet Joule qui résulte du passage d'un courant dans le conducteur, a pour effet de faire varier la densité de l'air. Un flux d'air est ainsi induit en raison de la poussée d'Archimède. Ainsi, cette force de poussée due à une variation de la densité d'air est à l'origine de la convection naturelle, dite également libre, qui a lieu autour du conducteur.
Avec un tel conducteur, le dégagement de la glace met en œuvre plusieurs phénomènes physiques.
Tout d' abord, la conduction thermique entre le conducteur et la glace (et/ou la neige) provoque la fonte d'une partie de celle-ci, qui va donc s'écouler en eau .
En outre, la portion de la glace (ou de la neige) , qui est directement collée sur le conducteur, et qui se transforme en eau, agit elle-même comme lubrifiant, facilitant le dégagement mécanique de la glace (et/ou de la neige) subsistante lorsque le corps qui la retient entre en mouvement.
L' évaporation de l'eau aide plutôt à refroidir la lame avec l'eau lubrifiante mentionnée ci- dessus. Cette eau est restée sur le corps du conducteur et s'évapore du fait de l'échange thermique. Couplée avec le phénomène de convection de l'air, la vapeur d'eau permet d'éliminer encore plus d'énergie thermique, que par le seul phénomène de convection.
Les ondulations ou les cannelures ou les rainures forment une surface qui peut être colmatée par la glace (et/ou la neige) . Ceci provoque un échauffement de cette même surface en empêchant la convection naturelle, mais améliorant la conduction d'énergie calorifique à la glace. Autrement dit, la glace (et/ou la neige) sur le conducteur empêche la convection de l'air. Mais, en se déposant directement sur la portion du conducteur où il y a 1 ' échauffement localisé, elle absorbe la chaleur normalement dissipée dans l'air.
Ces effets de dégagement de la glace (ou de la neige) permettent, comparativement à l'état de l'art, de réduire le poids du conducteur, pour les mêmes conditions de glace (et/ou de neige) .
Ainsi l'invention permet une réduction de poids de la lame d'un conducteur, et notamment d'un sectionneur haute tension. Elle permet, par conséquent, une réduction des contraintes subies sur les pièces mécaniques actionnant ce conducteur dans des conditions de glace (et/ou de neige) . L'invention est ainsi adaptée aux systèmes de déglaçage par injection de forts courants .
Pour un diamètre donné du conducteur, les ondulations ou les cannelures ou les rainures permettent d'augmenter la surface de transfert de chaleur par convection et/ou par radiation; le profilé peut être dans ce cas anodisé.
Une forme arrondie des ondulations ou des cannelures ou des rainures favorise en outre 1 ' aérodynamisme du conducteur en contribuant à une meilleure circulation d'air.
On préfère une forme arrondie des ondulations ou des cannelures ou des rainures de façon à éviter les effets de pointe, inhérentes aux ailettes de forme triangulaires et/ou rectangulaires usuellement utilisés dans l'industrie, et ainsi réduire les contraintes diélectriques en haute tension.
La surface extérieure du conducteur peut être munie d'ondulations simples et/ou complexes. Comme exemple d'ondulations complexes, on peut citer des ondulations à géométrie fractale, comportant des ondulations principales, chacune munie elle-même d'ondulations secondaires.
Le conducteur est creux intérieurement, le creux ayant une forme cylindrique sur tout ou partie, ou sur la majeure partie, de la longueur du conducteur. Le cylindre peut avoir un diamètre intérieur compris entre 2,5 cm et 7,5 cm (ou même 10 cm) .
L'épaisseur de la couronne peut être comprise entre 5mm et 2,5 cm.
Un conducteur selon l'invention est particulièrement adapté à la réalisation d'un contact mobile pour sectionneur.
De préférence, le conducteur comprend deux éléments de support, distants l'un de l'autre selon un axe longitudinal.
De préférence encore, chacun de ces éléments de support est agencé à une extrémité longitudinale du conducteur .
Selon une caractéristique avantageuse, un conducteur selon l'invention comporte au moins un élément de contact électrique destiné à venir en contact avec un contact électrique distinct pour assurer une connexion électrique. Chaque élément de contact pouvant être alors fixé au profilé ondulé du conducteur.
Lorsqu' il y a deux éléments de contact électrique, les ondulations se répartissent entre les éléments de contact.
Un conducteur tel que décrit ci-dessus peut comporter en outre au moins une excroissance latérale, s' étendant au-delà de la surface extérieure du conducteur, dans ledit plan perpendiculaire à l'axe longitudinal .
Chaque excroissance latérale peut comporter une surface extérieure dont une partie est munie d'ondulations, dans un plan perpendiculaire audit axe longitudinal . Chaque excroissance latérale peut comporter une surface extérieure dont une partie est plane.
Chaque excroissance latérale peut assurer un contact électrique ou être munie d'une pièce destinée à assurer un contact électrique.
Deux excroissances latérales peuvent être prévues, disposés symétriquement de part et d'autre d'un plan de symétrie du conducteur.
A des fins de simplicité de fabrication, le profilé est de préférence réalisé par extrusion,
Il est de préférence en aluminium ou en cuivre ou en un alliage d'aluminium ou de cuivre.
Un conducteur selon l'invention peut être muni, à l'une de ses extrémités, de moyens d'articulation par pivotement.
Un conducteur selon l'invention peut comporter au moins un moyen de renfort latéral. Celui-ci peut être muni d'un creux ou d'une échancrure, ouverte vers le creux, ou vers la portion creuse, du conducteur.
L' invention concerne également un appareillage électrique haute tension comportant au moins un conducteur selon l'invention, et au moins un contact électrique, avec lequel ledit conducteur est apte à venir en contact.
Dans un tel appareillage électrique, au moins un des contacts électriques peut comporter une pluralité de contacts séparés avec lesquels une même partie latérale dudit conducteur peut venir en contact.
Le conducteur selon l'invention peut être fixe, ledit contact électrique étant un contact mobile. En variante, le conducteur selon l'invention est mobile, ledit contact électrique étant un contact fixe .
L' invention concerne également un tel appareillage électrique, dans lequel ledit contact électrique a une forme en U.
Chaque branche du U peut comporter au moins un contact fixe prolongé par une patte repliée vers l'intérieur de sorte à être sensiblement parallèle à la branche du U qu'elle prolonge, ladite patte étant destinée à venir en contact mécanique avec au moins un élément de contact du contact mobile.
Des moyens de rappel peuvent être interposés entre la patte et la branche du U qu'elle prolonge, pour solliciter la patte vers l'intérieur, en direction du contact mobile lorsqu' il est en contact avec le contact fixe .
L' invention concerne également un sectionneur haute-tension comportant un appareillage électrique tel que ci-dessus.
L' invention concerne également un sectionneur haute-tension, comportant un conducteur électrique tel que décrit ci-dessus, monté, et articulé par pivotement sur un support isolant, et au moins un contact électrique, avec lequel ledit conducteur est apte à venir en contact, par un mouvement de pivotement, par exemple sur un support isolant.
L' invention concerne également un procédé de fonctionnement d'un conducteur ou d'un appareillage électrique ou d'un sectionneur selon l'invention, dans lequel un courant circule d'une extrémité à l'autre du conducteur, créant un dégagement de chaleur par effet Joule à sa paroi. De la glace et/ou de la neige qui est accumulée dans les ondulations ou cannelures ou rainures va pouvoir fondre efficacement. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins en annexes sur lesquels :
- la figure 1A est une vue de côté d'un exemple de réalisation d'un sectionneur selon la présente invention en position fermée,
- la figure 1B est une vue de côté du sectionneur selon la figure 1A mais en position ouverte,
- les figures 2A, 2B et 2C sont des vues agrandies respectivement de côté, de dessus et de face du côté droit du sectionneur S haute tension selon les figures 1A et 1B au niveau du contact fixe,
- la figure 3A est une vue en coupe transversale d'un conducteur selon un mode de l'invention sans élément de contacts,
- la figure 3B est vue en coupe transversale d'une variante d'un conducteur selon un mode de l'invention, sans élément de contacts,
- la figure 4A représente un détail de la vue en coupe transversale d'un conducteur selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 4B est une de profil d'un conducteur selon un mode de réalisation de l'invention. - la figure 5 est une vue de côté d'un élément de contact latéral pour un conducteur selon 1 ' invention .
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans la description qui va suivre, un conducteur selon l'invention va être décrit.
Un exemple d'application concerne sa mise en œuvre dans un sectionneur haute tension. Mais un conducteur selon l'invention peut être mis en œuvre dans tout type d'appareillage électrique dans lequel un conducteur est requis. En outre, le conducteur est décrit comme mobile, mais un conducteur fixe ne sort pas du cadre de la présente invention.
Sur les figures 1A et 1B, on peut voir un exemple d'un sectionneur S haute tension, par exemple pour une tension de l'ordre de 245kV, auquel peut s'appliquer le conducteur selon l'invention.
Ce sectionneur S comprend un contact mobile 2 formé par un conducteur selon la présente invention, allongé selon un axe longitudinal. Deux contacts fixes 4, 4' sont disposés sur des supports isolants 8, 10, qui permettent de les maintenir à distance du sol ou d'un support 7. Chacun des contacts fixes est destiné à être en contact mécanique avec une extrémité du contact mobile.
L'un de ces contacts fixes 4' est monté sur le support isolant 8, tandis que l'autre contact fixe 4 est monté sur le support isolant 10.
Dans l'exemple représenté, le support isolant 8 du contact mobile 2 est formé de deux colonnes 8.1, 8.2. Le support isolant 10 est quant à lui formé d'une seule colonne. Chaque colonne est disposée perpendiculairement au sol ou à la surface du support 7.
Le contact mobile 2 est usuellement appelé lame dans un sectionneur S haute tension. Il est ici monté mobile à pivotement autour d'un axe sensiblement orthogonal au plan de la figure, pour faire passer le sectionneur d'une position de fermeture (conducteur en position sensiblement horizontale, figure 1A) à une position d'ouverture (conducteur en position sensiblement verticale, figure 1B) .
Plus exactement, il est monté, articulé, sur le support isolant 8. C'est ce dernier qui supporte le mécanisme d'articulation du contact mobile 2.
Pour la suite de la description, par convention, on définit un repère trirectangle X, Y, Z, l'axe Y étant l'axe longitudinal du conducteur 2 lorsque celui-ci est en position fermée.
L'axe fixe Z est aligné avec la direction du support isolant 10, et est perpendiculaire au sol ou à la surface horizontale du support 7. Il est aligné sur la verticale du lieu où est implanté le dispositif.
L'axe X est perpendiculaire aux axes Y et Z . Sur la figure 2C l'axe X est l'axe dirigé horizontalement et l'axe Z est dirigé verticalement.
Autrement dit, en position de fermeture (figure 1A) , le conducteur 2 définit avec les axes fixes X et Z un système d'axes X, Y, Z orthogonal.
Dans le sectionneur S représenté, le contact mobile 2 selon l'invention est relié électriquement, par le biais d'un contact électrique distinct à un réseau électrique haute tension, via une connexion 12 qui s'étend sensiblement à l'horizontal.
Les contacts fixes 4 sont, quant à eux, reliés au réseau par une connexion 13 de construction similaire à la connexion 12.
Ainsi lorsque le sectionneur S est en position de fermeture (figure 1A) , le courant provenant du réseau de distribution haute tension peut passer d'une des connexions, par exemple la connexion 12 à l'autre, par exemple la connexion 13.
L'invention s'applique aussi à un sectionneur avec un seul contact fixe 4.
Le mécanisme d' actionnement du sectionneur est de type connu et ne sera pas décrit en détail. Selon un exemple, il comporte un ressort à ruban en spirale destiné à provoquer l'équilibrage de la lame 2 du sectionneur. La colonne 8.1 isolante forme également une bielle de commande pour commander le déplacement du contact mobile ou lame 2.
Dans l'exemple représenté, les deux contacts fixes 4, 4' sont de structure similaire : aussi seul l'un d'entre eux est décrit ci-après en détail.
Un tel contact fixe 4 a sensiblement une section en U formant une mâchoire, dont les deux branches sensiblement parallèles sont électriquement conductrices. Ces deux branches définissent un entrefer dans lequel vient se positionner le contact mobile 2 lorsque le sectionneur est en position fermée, la conduction électrique s' effectuant entre le contact mobile et les branches parallèles. Plus exactement, comme on le voit sur les figures 2A et 2C, le contact fixe 4 comprend une pièce 30 en forme de U, cette pièce étant fixée sur le support isolant 10 par son fond 30.1. Elle comporte deux branches 30.2, 30.3, sensiblement parallèles entre elles, entre lesquelles vient se positionner le contact mobile 2 en position fermée.
Chaque branche 30.2, 30.3 se prolonge par une patte 32.2, 32.3 repliée vers l'intérieur et destinée à venir en contact avec un élément de contact 16.2, 16.1 du contact mobile 2 comme décrit ci-après.
Les branches 30.2, 30.3 du U sont par exemple réalisées en aluminium ou en un alliage d'aluminium. Les pattes 32.2, 32.3 peuvent être en cuivre argenté.
Des moyens élastiques 34, par exemple un ressort hélicoïdal 34.2, 34.3, sont prévus avantageusement entre chaque patte 32.2, 32.3 et la branche 30.2, 30.3 correspondante, repoussant ainsi la patte 32.2, 32.3 vers l'intérieur du contact fixe.
On améliore ainsi le contact électrique entre la patte et l'élément de contact correspondant du contact mobile.
Dans l'exemple représenté, les pattes 32.2, 32.3 sont rapportées par vissage sur les branches 30.2, 30.3 respectivement.
On décrit ci-dessous, plus en détail, le contact mobile 2 selon la présente invention, en relation plus particulièrement avec les figures 3 et 4A, 4B. Le contact mobile 2 selon l'invention présente un poids bien moindre que ceux utilisés jusqu'à ce jour dans les sectionneurs haute tension utilisés hors glace et sous glace, tout en permettant le passage du courant électrique entre les connexions 12 et 13.
Chacune des figures 3A et 3B montre une vue en coupe transversale (selon le plan X, Z) d'un conducteur 2 selon l'invention, monté en tant que contact mobile du sectionneur haute tension selon l'exemple des figures 1A et 1B décrites ci-dessus.
Chacune de ces coupes transversales est par exemple réalisée du côté de l'extrémité 2.2 du conducteur 2 dans une zone en dehors de la zone des branches de contact du contact fixe 4. Ce conducteur est creux, de surface intérieure 2' .
Le dispositif vu en coupe sur la figure 3A, comportant des zones renforcées par des moyens de renfort latéraux 17, 19, est adapté à fonctionnement avec un courant relativement élevé, par exemple environ 3000 A. On l'utilise de préférence pour des tensions inférieures à 115 kV ou 150 kV ou 200 kV, du fait qu'il est plus sensible, que celui de la figure 3B, à des interférences radio.
Chacun des moyens de renfort latéraux 17, 19 peut être réalisé sur toute la longueur du conducteur.
Il contribue à la circulation du courant, mais aussi au refroidissement.
Le dispositif vu en coupe sur la figure 3A, sans zone renforcée 17, 19, est adapté à fonctionnement avec un courant plus faible, par exemple environ 2500 A, mais peut être utilisé sous une tension plus élevée, supérieure à 115 kV ou 150 kV ou 200 kV.
Selon chacune de ces coupes transversales, le conducteur mobile (ou lame) 2 comporte des ondulations 23, 24 sur au moins une partie de sa périphérie extérieure, voire sur presque toute sa périphérie extérieure. De préférence, la zone inférieure 200 est également munie d'ondulations; cette zone peut en effet être colmatée par la glace lorsque l'appareil est en position ouverte. En le fermant, 1 ' échauffement va alors provoquer les mêmes effets que déjà décrit ci- dessus .
Dans la structure de la figure 3A, des traits de scie peuvent être prévus dans les zones 17 et 19 pour créer un effet cheminée ; ils permettent d'améliorer le refroidissement. Ces traits de scie peuvent être disposés suivant un axe vertical, en passant pas les zones 17 et 19 et par exemple joignant les deux creux ou échancrures 170, 190.
Dans cette même structure, la ou les zones renforcées 17, 19, dont la partie la plus extérieure dépasse au-delà du diamètre extérieur défini par le sommet des ondulations 24, permettent de protéger diélectriquement ces traits de scie.
Les échancrures 170, 190, qui sont ouvertes vers l'intérieur du conducteur permettent de fixer une plaque au bout de la lame, cette plaque étant perpendiculaire à l'axe du conducteur creux, et de fixer (par exemple également avec 2 vis) la lame sur le contact 4' à l'extrémité 2.1. Une plaque perpendiculaire à l'axe du conducteur creux peut par exemple posséder 2 trous alignés avec les échancrures intérieures 170, 190 de l'extrusion, permettant de boucher le creux du conducteur par deux vis, par exemple des vis auto- taraudeuse, qui permettent de fixer ladite plaque au bout du tube creux.
Comme on le voit de manière plus détaillée en figure 4A, la surface extérieure ondulée du conducteur comporte des parties 23, 24 alternativement hautes et basses par rapport à la surface intérieure 2' . Les parties hautes 24 ont, de préférence, un profil arrondi, proche d'une portion de cercle de rayon r. Par exemple r est inférieur ou égal à 3 mm, par exemple encore : r = 1 mm ou r=l,5 mm. Les parties basses n'ont pas besoin d'avoir cette forme arrondie.
Autrement dit, la surface extérieure du conducteur a une altitude h, par rapport à la surface intérieure 2', qui varie entre une valeur minimale hmin qui correspond aux zones 23 les plus basses, et une valeur maximale hmax, qui correspond aux zones 24 les plus hautes. La différence hmax _ hmin entre ces deux valeurs est de préférence comprise entre 6,5 mm et 9,5 mm, plus généralement entre 5mm et 2,5 cm. Le diamètre du cylindre défini par la surface intérieure 2' peut être par exemple être compris entre 2,5 cm et 7,5 cm.
En d'autres termes, et comme on le voit également en figure 4B, qui représente une portion de la surface extérieure du conducteur en vue de côté, cette surface extérieure présente des ondulations ou des cannelures ou des rainures 230 qui s'étendent longitudinalement , parallèlement à l'axe Y, sur une partie de la longueur (suivant Y) du conducteur, ou même sur toute cette longueur.
Comme on le comprend à partir de la figure 4A, les ondulations créent un périmètre supérieur au périmètre qui résulte d'un profil extérieur lisse 210 (représenté en traits interrompus en figure 4A) . La surface extérieure du conducteur est donc, elle aussi, supérieure à celle qui résulte d'une surface lisse telle que celle dont on voit la trace 210 sur cette figure.
Une telle topologie créé un effet
« radiateur », et favorise les échanges thermiques avec l'air ambiant. L'efficacité du conducteur en est augmentée, de plusieurs dizaines de %, par exemple d'au moins 50%, notamment lorsque la lame est exposée au vent ou à la pluie.
En outre, si on choisit une forme arrondie des ondulations (comme en figure 4A) on réduit les contraintes diélectriques en haute tension, contrairement à d'autres formes telles que des formes triangulaires ou rectangulaires que l'on retrouve habituellement dans les radiateurs traditionnels.
Lors d'accumulation de glace et/ou de neige, les ondulations, responsables de l'efficacité de la dissipation du conducteur, sont colmatées par cette glace et/ou la neige. Plus précisément, la glace et/ou la neige vient s'accumuler dans les portions basses 23 des ondulations (figure 4A) . Par voie de conséquence, le haut pourcentage de dissipation thermique, qui a lieu habituellement avec l'air, se fera maintenant par la glace et/ou la neige, favorisant la dissipation de celle-ci, dont la présence est préjudiciable et mécaniquement contraignante pour l'opération du sectionneur .
Dans les lames conventionnelles, on compte plutôt sur une grande section du conducteur afin de réduire la résistance électrique et ainsi prévenir tout échauffement électrique, au lieu de compter sur une plus grande surface d'échange convective et/ou radiative avec l'air ambiant pour dissiper la chaleur; la glace et/ou la neige déposée reçoit alors très peu d'énergie thermique et ne fond donc pas. Par exemple, un conducteur selon l'invention a un diamètre extérieur de 101,6 mm et un diamètre intérieur de 85,4 mm
Les ondulations peuvent être simples, comme représenté en figure 3A ou 3B; en variante elles peuvent aussi être complexes, par exemple elles peuvent avoir une géométrie fractale; chaque ondulation élémentaire est alors munie d' ondulations secondaires à sa périphérie .
Le conducteur décrit ici s'intègre ainsi facilement dans les systèmes de déglaçant des réseaux électriques .
Le profilé 2 est par exemple en aluminium ou en cuivre ou en un alliage d'aluminium ou de cuivre.
Il peut être obtenu par une technique d'extrusion.
Le conducteur 2 a une forme générale allongée, articulée par une de ses extrémités longitudinales 2.1 sur le premier support isolant 8.
Son autre extrémité longitudinale 2.2, opposée à l'extrémité 2.1, peut être munie d'une ou deux (ou plus de 2) excroissances latérales 2.10, 2.20 qui s'étendent au-delà de la périphérie extérieure du conducteur, et qui vont permettre d'assurer le contact électrique, par exemple en venant directement en contact avec un contact fixe 4 agencé sur le support isolant 10. Ces excroissances latérales 2.10, 2.20 peuvent être réalisées avec le corps du conducteur.
Les ondulations 23, 24 se répartissent à la surface extérieure du conducteur, entre ces excroissances latérales.
Comme cela apparaît sur les figures 2C et
3A, une partie de la surface extérieure de ces excroissances latérales, de préférence leur surface supérieure (destinée à être tournée vers le haut lorsque le contact est en position fermée, comme en figure 1A et 2C) peut, en coupe transversale, être elle aussi munie d'ondulations, comportant des parties 23.10, 24.10 et 23.20, 24.20 alternativement hautes et basses par rapport à une surface plane. Les parties hautes ont, de préférence, un profil arrondi, proche d'une portion de cercle de rayon r, qui peut être comparable à celui déjà indiqué ci-dessus pour les ondulations 24, par exemple R=l , 5mm.
Ces ondulations se répartissent de préférence dans une partie qui n'est pas destinée à assurer directement le contact électrique lui-même.
Elles ont le même effet que ce qui a déjà été décrit ci-dessus pour les ondulations du corps du conducteur .
Comme en figure 4B, ces ondulations vont définir, parallèlement à l'axe Y, des ondulations ou des cannelures ou des rainures. Des éléments de contact 16.1, 16.2 peuvent être prévus pour être appliqués à ces excroissances latérales. Ce sont par exemple des pièces extrudées. Ils ont une forme allongée, illustrée en figure 5, comportant une surface supérieure 16.20 et une surface inférieure 16.20', et une extrémité latérale 16.21 plane ou arrondie, destinée à assurer le contact électrique lui-même avec les parties correspondantes du contact 4. Ils viennent en contact contre les excroissances 2.20, 2.10 par exemple en appliquant la surface supérieure 16.20 contre la surface inférieure 2.20' de l'excroissance latérale. En figure 5 est représenté l'élément de contact 16.2, une description similaire vaut pour l'élément de contact 16.1 et l'excroissance latérale correspondante.
Ces éléments de contact 16.1, 16.2 peuvent être assemblés, par exemple par boulonnage, sur chacune des parties 2,10, 2.20.
L'agencement de ces éléments de contact 16.1, 16.2 sur le profilé 2 est représenté en figures 2B et 2C, qui montre le contact physique des éléments de contact fixe avec les éléments de contact 16.1, 16.2 du conducteur mobile 2 selon l'invention, dans la position fermée d'un sectionneur : les éléments de contacts 16.1, 16.2 sont chacun en appui contre une des pattes 32.2, 32.3 du contact fixe 4.
Sur la figure 2C, on voit seulement deux éléments de contact 16.1, 16.2 et deux branches 30.2, 30.3 du contact fixe 4. Le contact mobile 2 selon l'invention peut comporter deux éléments de contact 16.1 et 16.2 à chacune de ses extrémités. A chacun de ces contacts 16.1, 16.2 peuvent être associés de 1 à 5 contacts tels que les contacts 32 (figure 2A) , avec lequel ou lesquels le contact 16.1, 16.2 vient en contact électrique.
Chacun des deux éléments de contact 16.1,
16.2 du conducteur mobile 2 peut être prévu avec une longueur suffisante (suivant l'axe Y) pour s'étendre sur la longueur d'une pluralité de contact fixe 32, par exemple environ cinq de ces contacts fixes. Ainsi, on assure un contact permanent entre contact fixe 4 et conducteur mobile 2, même en cas de déplacement par court-circuit le long de l'axe Y.
Des contacts fixes comportant un autre nombre de branches de contact ne sortent pas du cadre de la présente invention.
Les éléments de contact 16.1, 16.2 sont de préférence en cuivre argenté.
La première extrémité longitudinale 2.1 du profilé 2 peut également comporter des éléments de contacts pour coopérer avec l'autre contact fixe 4' agencé sur l'autre support isolant 8.
Le fonctionnement général du sectionneur selon la présente invention est similaire à celui d'un sectionneur de type connu et ne sera pas décrit en détail. On pourra se reporter avantageusement à la demande de brevet WO 2010/106126 mentionnée en préambule, notamment pour l'explication sur la circulation du courant de court-circuit du contact mobile vers le contact fixe, en passant par les deux éléments de contact 16.1, 16.2 lorsque le sectionneur est fermé. Dans l'exemple représenté en figures 3A, 3B, le contact mobile 2 selon l'invention est rigide par sa forme tubulaire. Ainsi, il ne se déforme pas sous l'effet de contraintes lors du fonctionnement du sectionneur ; le contact fixe 4 est, quant à lui, apte à se déformer pour s'adapter à la dimension du contact mobile 2 lors du fonctionnement. Une déformation du contact fixe 4 peut être obtenue grâce à des moyens à propriétés élastiques, par exemple ici les pattes flexibles 32.2, 32.3 et les ressorts de rappel hélicoïdaux 34.2, 34.3. Ainsi, la dimension de l'entrefer augmente lorsque le contact mobile 2 pénètre dans le contact fixe 4 et s'adapte à la dimension transversale du contact mobile 2, celle-ci étant définie par la distance séparant les extrémités des éléments de contact 16.1, 16.2 orientées radialement vers l'extérieur et eux-mêmes fixés au profilé 2.
Le contact électrique ainsi obtenu entre conducteur mobile 2 selon l'invention et un contact fixe 4 est de très bonne qualité, même à des tensions très élevées .
Enfin, comme montré en figures 2A - 2C, des moyens de butée selon l'axe Y peuvent être prévus, afin de limiter le mouvement de recul du profilé 2 durant un court-circuit électrique. Ces moyens sont formés par l'extrémité recourbée de la corne d'arc 36 du contact mobile 2, apte à venir en butée contre un ou des éclateurs 31, qui sont fixés sur la pièce 30 et s'étendent de part et d'autre de l'axe Y. Cette disposition est représentée en figure 2B, vue de dessus de la structure de la figure 2A. L'invention décrite permet, par la disposition d'ondulations ou de rainures ou de cannelures sur le pourtour de la lame, ondulations (ou rainures ou cannelures) qui se colmatent par la glace et/ou la neige, un échauffement de celle-ci et, par là, un dégagement facilité de cette glace (ou neige) lors d'une manœuvre.
En conséquence, toutes choses égales par ailleurs, on peut, en dégageant facilement la glace et/ou la neige, éviter de surdimensionner les pièces mécaniques servant à actionner la lame. Les ondulations (ou rainures ou cannelures) permettent également un allégement du conducteur à cause du phénomène de convection qui est mieux exploité avec cette forme de radiateur.
On peut, grâce à l'invention, réduire le poids du conducteur déglacé, par rapport à un conducteur usuel, jusqu'à 30 % pour une lame de sectionneur haute tension en aluminium.
La forme de radiateur de la lame permet aussi une réduction d'environ 30 % en conditions hors glace (ou neige) par rapport à une lame selon l'état de la technique.
D'autres améliorations et variantes peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de 1 ' invention .
Comme indiqué précédemment, le conducteur selon l'invention peut convenir à tout type d'appareillage électrique pour assurer un contact électrique intermittent ou continu. En particulier, le conducteur selon l'invention peut être un contact fixe, installé une fois pour toutes. En configuration fixe, installée de manière définitive, ce conducteur offre une aptitude à la conformation, par sa flexibilité intrinsèque et par les moyens élastiques d' écartement entre éléments de contacts. Sa géométrie peut donc s'adapter à souhait avec d'autres composants auxquels il est connecté électriquement .
Dans le cas où le conducteur est destiné à relier électriquement deux parties d'un appareillage électrique, il peut comporter des éléments de contact à ses deux extrémités longitudinales : les éléments de contact d'une extrémité viennent en contact avec une partie de l'appareillage électrique et les éléments de l'autre extrémité longitudinale viennent en contact avec l'autre partie de l'appareillage électrique. Dans ce cas, le courant circule selon la direction longitudinale, d'une extrémité longitudinale à une autre.
Dans le cas où le conducteur est mobile, la présente invention ne se limite pas à un contact mobile par pivotement, mais s'applique également à un contact mobile en translation et à un contact mobile en translation et/ou par pivotement.
Par ailleurs, un conducteur selon la présente invention peut comporter plus de deux éléments de contact.
L'appareillage électrique selon la présente invention présente un poids moindre par rapport à ceux de l'état de la technique, en particulier les sectionneurs . Du fait de cet allégement de poids, la capacité d'un sectionneur selon l'invention à résister à des contraintes sismiques importantes et à résister pendant une manœuvre sous glace est accrue.
Bien que décrit en relation avec un profilé paré de 38 ondulations exposées à la glace et/ou la neige, un conducteur selon l'invention peut être paré d'un plus grand nombre (ou un plus petit nombre) d' ondulations .
Enfin, si, dans l'exemple représenté, les ondulations ont toutes une simple forme arrondie, on peut réaliser dans le cadre de l'invention des formes plus complexes (ondulations principales munies d'ondulations secondaires que l'on retrouve dans les géométries fractales) et allongées, tout en maintenant leur aptitude à être colmatées par la glace et/ou la neige afin de favoriser un échauffement du conducteur. Par ailleurs, la réduction du poids du conducteur par réduction de sa section droite contribue à l'augmentation de la résistance électrique et ainsi à 1 ' échauffement .
Une réduction de poids de l'ordre de 30% peut être atteinte, comparativement à des profilés à section circulaire usuellement utilisés pour un appareillage électrique et pour un même courant traversant ledit appareillage. Comme expliqué ci-dessus, cette réduction de poids de l'ordre de 30% est bien évidemment avantageuse lorsque l'appareillage électrique est soumis à des sollicitations sismiques. L' invention présente également des avantages pour des applications où l'on cherche une économie de poids et/ou de matière pour un conducteur. Par exemple, il peut être intéressant d'avoir une telle réduction pour les barres omnibus (en anglais « busbars ») , c'est- à-dire des barres conductrices de courant reliant plusieurs appareillages électriques entre eux.
Ainsi, pour des conducteurs à base de cuivre utilisés usuellement, on peut les réaliser conformément à l'invention à partir de profilés extrudés en cuivre, ce qui peut générer des économies de fabrication substantielles compte tenu de l'augmentation constante du prix du cuivre.
Bien que décrite ci-dessus en référence à un appareillage électrique haute tension, plus précisément pour une lame de sectionneur haute tension, l'invention peut tout aussi bien s'appliquer à un appareillage basse ou moyenne tension, par exemple pour un jeu de barres.
Lors du fonctionnement d'un conducteur ou d'un appareillage électrique ou d'un sectionneur selon l'invention, un courant circule d'une extrémité à l'autre du conducteur, créant un effet Joule dans sa paroi. De la glace et/ou de la neige qui est accumulée dans les ondulations ou cannelures ou rainures va pouvoir fondre efficacement, à l'aide des effets qui ont été décrits ci-dessus.
L' invention propose un conducteur dont le poids est moins important, comparativement à un conducteur traditionnel, pour un courant et un seuil d' échauffement donnés, grâce à une réduction de sa section droite. Dans un conducteur selon l'invention, 1' échauffement, pour un courant donné est inférieur à celui dans un conducteur traditionnel, et ce bien que sa résistance électrique soit plus importante, du fait de la réduction de sa section droite grâce à une plus importante surface convective et/ou radiative.
Un conducteur selon l'invention a un courant admissible supérieur à celui d'un conducteur traditionnel, de section droite plus importante, grâce à une surface extérieure convective et/ou radiative plus importante. Le conducteur est ainsi bien adapté aux applications de déglaçage par injection de forts courants .
La résistance électrique d'un tel conducteur est plus grande que celle d'un conducteur traditionnel grâce à une réduction de la section droite. Ainsi, les pertes Joule qui y sont générées, au passage d'un courant donné, sont plus importantes et permettent ainsi un déglaçage plus rapide en comparaison avec un conducteur traditionnel.

Claims

REVENDICATIONS
1. Conducteur (2) pour appareillage électrique comportant au moins un profilé (2) creux, en matériau conducteur électrique, allongé selon un axe longitudinal (Y) , comportant une surface extérieure dont au moins une partie forme, dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal, des ondulations (23, 24) .
2. Conducteur (2) selon la revendication 1, les ondulations formant des cannelures ou des rainures (230) à la surface dudit profilé, s' étendant suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal.
3. Conducteur (2) selon l'une des revendications 1 ou 2, comportant au moins un élément de contact électrique (16.1, 16.2) destiné à venir en contact avec un contact électrique distinct pour assurer une connexion électrique.
4. Conducteur (2) selon l'une des revendications 1 à 3, comportant en outre au moins une excroissance latérale (2.10, 2.20), s'étendant au-delà de la surface extérieure du conducteur, dans ledit plan perpendiculaire à l'axe longitudinal.
5. Conducteur (2) selon la revendication 4, dans lequel chaque excroissance latérale (2.10, 2.20) latérale comporte une surface extérieure dont une partie est munie d'ondulations (23.10, 24.10, 23.20, 24.20), dans un plan perpendiculaire audit axe longitudinal.
6. Conducteur (2) selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel chaque excroissance latérale (2.10, 2.20) comporte une surface extérieure dont une partie (2.10', 2.20') est plane.
7. Conducteur (2) selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel chaque excroissance latérale (2.10, 2.20), est munie d'une pièce (16.1, 16.2) destinée à assurer un contact électrique.
8. Conducteur (2) selon l'une des revendications précédentes, ladite surface extérieure étant munie d'ondulations simples et/ou complexes, par exemple du type ayant une géométrie fractale.
9. Conducteur (2) selon l'une des revendications précédentes, ledit profilé étant extrudé.
10. Conducteur (2) selon l'une des revendications précédentes, ledit profilé étant en aluminium ou en cuivre ou en un alliage d'aluminium ou de cuivre.
11. Conducteur (2) selon l'une des revendications 1 à 10, muni, à l'une de ses extrémités, de moyens d'articulation par pivotement.
12. Conducteur (2) selon l'une des revendications 1 à 11, muni d'au moins un moyen de renfort latéral (17,19).
13. Appareillage électrique haute tension comportant au moins un conducteur (2) selon l'une des revendications 1 à 12, et au moins un contact électrique (4, 4'), avec lequel ledit conducteur est apte à venir en contact.
14. Appareillage électrique selon la revendication 13, dans lequel au moins un des contacts électriques comporte une pluralité de contacts (32) séparés avec lesquels une même partie latérale dudit conducteur (2) peut venir en contact.
15. Appareillage électrique selon la revendication 13 ou 14, dans lequel ledit conducteur (2) est fixe, ledit contact électrique étant un contact mobile .
16. Appareillage électrique selon la revendication 13 ou 14, dans lequel ledit conducteur (2) est mobile, ledit contact électrique (4, 4'), étant un contact fixe.
17. Appareillage électrique selon la revendication 16, ledit contact électrique (4, 4'), ayant une forme en U.
18. Appareillage électrique selon la revendication 17, dans lequel chaque branche (30.2, 30.3) du U comporte au moins un contact fixe (4) prolongé par une patte (32.2, 32.3) repliée vers l'intérieur de sorte à être sensiblement parallèle à la branche (30.2, 30.3) du U qu'elle prolonge, ladite patte (32.2, 32.3) étant destinée à venir en contact mécanique avec au moins un élément de contact (16.1, 16.2) du contact mobile (2) .
19. Appareillage électrique selon la revendication 18, dans lequel des moyens de rappel (34) sont interposés entre la patte (32.2, 32.3) et la branche (30.2, 30.3) du U qu'elle prolonge, pour solliciter la patte (32.2, 32.3) vers l'intérieur en direction du contact mobile (2) lorsqu'il est en contact avec le contact fixe (4) .
20. Sectionneur haute tension comportant un appareillage électrique selon l'une des revendications
13 à 19.
21. Sectionneur haute tension comportant un conducteur électrique selon la revendication 11, monté, articulé par pivotement sur un support isolant (8), et au moins un contact électrique (4, 4'), avec lequel ledit conducteur est apte à venir en contact par un mouvement de pivotement.
22. Procédé de fonctionnement d'un conducteur ou d'un appareillage électrique ou d'un sectionneur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un courant circule d'une extrémité à l'autre du conducteur, créant un effet Joule dans sa paroi.
23. Procédé de fonctionnement selon la revendication 22, de la glace et/ou de la neige étant accumulée dans les ondulations (23, 24) ou cannelures (230) ou rainures.
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