[0001] L'invention est relative à une borne haute tension plus particulièrement adaptée
aux transformateurs de courant pour l'extérieur en résine moulée. Elle intéresse principalement
les constructeurs de matériels électriques.
[0002] La borne de raccordement haute tension est un organe destiné à assurer la jonction
avec une ligne extérieure haute tension. Quoique la présente invention ait été développée
tout spécialement dans le cadre de l'application aux transformateurs de courant, elle
pourra néanmoins parfaitement s'appliquer à d'autres types d'appareils électriques.
[0003] Pour suivre l'exemple des transformateurs secs, ceux-ci comportent des enroulements
bobinés autour de noyaux magnétiques mis en place dans une masse isolante fermée moulée
autour dudit noyau. Ces enroulements sont reliés les uns à une ligne haute tension
extérieure, les autres à un réseau secondaire à basse tension.
[0004] La réalisation des bornes haute tension de raccordement pose quelques difficultés
de construction. En effet, elles sont généralement constituées en deux parties qui
sont la tête raccordée à la ligne haute tension et l'embase au potentiel de la masse.
Ces deux parties sont séparées par un isolateur tubulaire qui renferme un conduit
dans lequel sont placés les conducteurs électriques qui réunissent la partie inférieure
de l'appareil au potentiel de la masse recevant les bornes de sortie secondaires et
une partie supérieure portant les pièces de raccordement à la ligne haute tension.
Par conséquent, entre la tête et l'embase règne une différence de potentiel très importante
et étant donné leur proximité, cela crée des champs électriques intenses qui favorisent
la formation d'arcs électriques et de décharges ionisantes.
[0005] L'isolateur utilisé est de type à ailettes, c'est-à-dire une série de disques périphériques
sont disposés à l'extérieur de l'isolateur, les flancs des disques étant inclinés
vers le bas pour éviter qu'il ne puisse y avoir d'humidité stagnante sur la face inférieure
des ailettes. De nombreux profils d'isolateur sont connus de l'Homme de l'Art pour
allonger le trajet allant de la partie haute tension à la partie à la terre et créer
des lignes de fuite s'opposant à la création d'arcs électriques afin d'empêcher le
cheminement des étincelles et l'amorçage d'arcs électriques le long de l'isolateur.
[0006] Lorsqu'il pleut ou lorsque des dépôts atmosphériques plus ou moins conducteurs se
forment sur l'appareil électrique, qui favorisent la conduction de type électrolytique,
une bonne tenue aux étincelles et aux arcs électriques est exigée de la part du matériau
constituant l'isolateur. C'est pourquoi on utilise de la porcelaine, des élastomères,
des résines synthétiques ou d'autres matériaux similaires pour fabriquer l'isolateur.
[0007] Par ailleurs, les parties actives de l'appareil électrique, constituées dans le cas
des transformateurs de circuits magnétiques, d'enroulements basse et haute tension,
sont enrobées par moulage de résine synthétique solide, l'ensemble formant le corps
de l'appareil électrique. Ainsi, cet appareil se trouve divisé en deux parties, l'une
formée par l'ensemble des pièces en contact avec la haute tension, l'autre partie
étant constituée de l'ensemble des pièces en contact avec la masse au potentiel de
la terre. La surface du corps de l'appareil électrique, naturellement isolante, sera
soumise au champ électrique régnant entre la partie haute tension et la partie basse
tension raccordée à la terre. Elle sera donc le siège, comme l'isolateur, de décharges
électriques rampantes qui, à la longue, pourront dégrader l'appareil et causer sa
destruction.
[0008] En effet, les différentes régions de la surface d'un matériau isolant sont portées
à des potentiels imprévisibles, très difficiles à déterminer, qui dépendent en particulier
des champs électriques existant dans le voisinage. Lorsque, comme dans le cas des
transformateurs électriques haute tension, il règne des champs électriques intenses,
ceux-ci se répercutent à la surface des matériaux isolants sans que l'on puisse en
déterminer a priori les lieux, d'où la formation de décharges électriques sauvages
qui apparaissent aléatoirement à la surface des matériaux isolants et s'amplifient
sous l'effet de l'humidité atmosphérique et de la pollution de l'isolateur.
[0009] Ce problème grave qui est de nature à détruire l'appareil électrique a pu être solutionné
en recouvrant le corps de l'appareil électrique d'un dépôt métallique conducteur.
Il s'agit généralement d'une couche relativement épaisse et solide de métal projeté
à chaud tel que du zinc, afin de constituer une couche conductrice qui égalise le
potentiel de la surface couverte. La couche conductrice est reliée soit au potentiel
de la terre, soit à la borne haute tension selon la disposition choisie. De la sorte,
les potentiels de surface sont fixés et les influences des champs électriques extérieurs
sont dominées. Les risques de formation d'étincelles électriques rampantes sont totalement
écartés. De plus, la couche conductrice doit être capable d'écouler le courant électrique
dû à un arc éventuel le long de l'isolateur. En effet, ce dernier subit alors l'effet
de concentration du champ électrique ligne haute tension/terre et par conséquent,
c'est à ce niveau que doivent être prises les mesures pour diminuer les risques d'une
rupture accidentelle, en cas de surtension instantanée, de l'isolation extérieure
ou intérieure, par création d'un arc et simultanément pour interdire la formation
de décharges électriques ionisantes à l'intérieur et au voisinage de l'isolateur.
[0010] Dans ces conditions, la couche conductrice, mince malgré tout, se termine par une
arête vive en regard de l'isolateur qui engendrera des étincelles en service et des
arcs en cas de surtension sur le réseau, tandis que les courants de fuite le long
de l'isolateur, qui prendront naissance sur cette arête, la dégraderont peu à peu
en rongeant la couche métallique.
[0011] Le but principal de la présente invention est de présenter une borne de raccordement
haute tension améliorée au niveau de l'isolation. A cet égard, l'amélioration a été
apportée à deux niveaux. D'une part en ce qui concerne l'extérieur de la borne, la
surface de la tête de l'appareil ne sera plus le siège de la formation d'étincelles
rampantes et par conséquent, sa longévité est assurée. Par ailleurs, grâce à des dispositions
constructives particulières, la distribution du champ électrique entre les pièces
sous tension et la masse à l'intérieur de l'isolateur est totalement maîtrisée pour
éviter toute décharge électrique ionisante interne.
[0012] D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description
qui va suivre qui n'est cependant donnée qu'à titre indicatif.
[0013] La borne haute tension de raccordement pour appareils électriques tels que transformateur
de courant ou de tension, comprenant au moins deux parties dont l'une, la tête, est
raccordée à une ligne haute tension et l'autre, l'embase, avec la masse, toutes deux
séparées par un isolateur tubulaire qui renferme un conduit où sont placés les conducteurs
reliant la pièce de raccordement haute tension au circuit interne de l'appareil, est
caractérisée par le fait que la tête est recouverte d'une couche métallique et qu'un
anneau métallique est interposé entre ladite tête et l'isolateur.
[0014] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, accompagnée
de dessins en annexe parmi lesquels :
- la figure 1 schématise en vue de coupe la structure interne de la borne haute tension
de raccordement selon la présente invention,
- la figure 2 représente en vue de détail la liaison entre l'anneau et la broche haute
tension.
- la figure 3 schématise en vue de coupe la structure interne d'une borne haute tension
de raccordement à montage inversé.
[0015] La présente invention vise une borne haute tension de raccordement pour appareils
électriques, tels que transformateur sec de courant ou de tension. Elle concerne principalement
les constructeurs de matériels électriques.
[0016] Quoique la présente invention ait été développée plus particulièrement dans le cadre
de la construction de transformateurs de courant moyenne tension, elle pourra s'étendre
pour tous les appareils moyenne et haute tension comportant des organes placés dans
un boîtier isolant ou enrobés de résine isolante.
[0017] Les bornes de raccordement haute tension sont des organes électriques destinés à
être branchés sur une ligne extérieure haute tension. Dans l'exemple du transformateur
de courant pris ici, l'ensemble des organes électriques, c'est-à-dire noyau magnétique
et bobinage haute et basse tension, sont noyés dans une résine moulée qui se présente
sous la forme d'une tête (1) à la figure 1. La tête (1) est traversée par une broche
(2) raccordée directement à la ligne haute tension extérieure. La broche (2) est fixée
sur un support isolant (3) creux qui renferme les différents organes électriques.
Ceci constitue la première partie de l'appareil qui est portée au potentiel haute
tension.
[0018] L'autre partie de la borne haute tension est constituée par l'embase (4) de fixation
et qui est portée au potentiel de la terre. Les bornes basse tension de sortie de
l'appareil sont fixées sur l'embase (4).
[0019] La tête (1) et l'embase (4) sont séparées par un isolateur tubulaire (5) à ailettes
qui renferme un conduit (6) où sont placés les conducteurs non représentés de liaison
électrique. Une différence de potentiel importante correspondant à la tension d'alimentation
de l'appareil électrique en haute tension existe entre la tête (1) et l'embase (4).
[0020] L'isolateur à ailettes (5) doit présenter une ligne de fuite suffisante pour empêcher
le cheminement des étincelles dues au champ électrique régnant entre la tête (1) et
l'embase (4). Lorsqu'il pleut ou lorsque des dépôts atmosphériques plus ou moins conducteurs
se forment sur l'appareil électrique, une bonne tenue aux étincelles rampantes et
aux arcs électriques est exigée du matériau constituant l'isolateur. Ces phénomènes
de conduction électrolytique sont très redoutables et ne peuvent totalement être éliminés.
Un soin tout particulier devra être apporté quant au choix du matériau utilisé pour
la fabrication de l'isolateur à ailettes (5) afin qu'il ne puisse se détruire sous
l'action soit des arcs électriques, soit des étincelles rampantes. A titre d'exemple,
il est souhaitable d'utiliser de la porcelaine, de l'élastomère, des résines synthétiques
ou autres matériaux de nature différente de celle employée pour constituer l'enrobage
des parties actives de l'appareil.
[0021] Ces mêmes parties actives qui, dans le cas des transformateurs, sont constituées
de circuits magnétiques, enroulements basse et haute tension, sont enrobées par moulage
d'une résine synthétique solide, l'ensemble formant le corps de l'appareil. De la
sorte, la surface de ce corps naturellement isolante sera soumise à l'action des champs
électriques extérieurs. Par définition, les potentiels des différentes zones superficielles
de ces matériaux isolants seront flottants et varieront en fonction des géométries
de construction, de la proximité de conducteurs sous tension et également des conditions
atmosphériques. Dans ces conditions, on verra apparaître à la surface des matériaux
isolants des champs électriques totalement incontrôlables. Dans certaines circonstances,
ils pourront donner naissance à des décharges ionisantes qui, à la longue, pourront
sérieusement endommager l'appareil.
[0022] Précisément, pour lutter contre ce genre de dégradations, les constructeurs recouvrent
le corps de l'appareil d'un dépôt métallique relativement épais et solide. Ainsi,
les surfaces isolantes sont éliminées et les champs électriques superficiels disparaissent.
On relie ces couches conductrices soit au potentiel haute tension, soit au potentiel
de la masse, pour définir précisément les pièces sous tension et les pièces à la terre
et ainsi localiser avec précision les champs électriques. En pratique, les dépôts
métalliques superficiels sont constitués d'une projection de zinc à chaud sur la résine
pour former une couche conductrice égalisant le potentiel de la surface couverte.
[0023] Dans l'exemple choisi de la figure 1, la partie extérieure de la tête (1) est recouverte
d'une couche conductrice (7). Cette couche conductrice (7) est reliée au potentiel
de la broche (2) et par conséquent à la ligne haute tension. Dans ces conditions,
le champ électrique dans la partie extérieure de la borne est strictement limité à
la partie comprise entre les extrémités supérieure et inférieure de l'isolateur (5)
à ailettes. L'épaisseur de la couche conductrice (7) devra être suffisante pour supporter
l'écoulement d'un courant électrique de fuite prenant naissance entre la broche (2)
et l'embase (4).
[0024] Cette disposition donne satisfaction aux utilisateurs dans les premiers temps. En
effet, la couche conductrice (7) est parfaitement à même à répondre aux exigences
et en cas de naissance d'arcs électriques accidentels, l'étincelle rampante parcourt
la surface extérieure de l'isolateur à ailettes (5) depuis la partie inférieure de
la couche (7), c'est-à-dire la couronne d'appui de la tête (1) sur l'isolateur à ailettes
(5), jusqu'à l'embase (4). Précisément, la couche superficielle (7) s'arrête au niveau
de l'arête vive (8) de la couronne d'appui de la tête (1) sur l'isolateur (5). L'arête
vive favorise la formation des étincelles en service et la création des arcs en cas
de surtension sur le réseau. Les courants de fuite le long de l'isolateur (5) prendront
également naissance au niveau de cette arête (8) et la dégraderont peu à peu en rongeant
la couche métallique (7) à ce niveau.
[0025] Selon la présente invention, un anneau (9) est interposé entre la tête (1) et l'isolateur
(5) tel que représenté à la figure 1. Dans ces conditions, l'arête vive (8) de la
couronne d'appui de la tête (1) repose sur l'anneau métallique (9) et ce sera précisément
cet anneau métallique (9) qui sera la pièce la plus proche de l'embase (4) et où sera
concentré le champ électrique maximum. En cas de création d'arcs, l'étincelle prendra
naissance au niveau de l'anneau (9) pour aller jusqu'à l'embase (4) et l'arête vive
(8) de la tête (1) sera totalement protégée.
[0026] La figure 2 représente en vue de détail la mise en place de l'anneau (9) à la partie
supérieure de l'isolateur (5). Cet anneau métallique (9) présente un profil à bords
arrondis. Ceci limite la création d'arcs électriques qui recherchent, pour prendre
naissance, des formes anguleuses ou pointues.
[0027] Le diamètre extérieur de l'anneau (9) est supérieur à celui de la couronne d'appui
de la tête (1). Ceci permet de protéger l'arête vive (8) de la couche métallique (7)
en cas de naissance d'un arc électrique dont la trajectoire doit passer par l'anneau
(9).
[0028] Afin de s'assurer que l'anneau (9) soit au potentiel haute tension et puisse écouler
un courant important, avantageusement on relie l'anneau (9) à la broche (2) par une
tresse (10) ou autre éliment conducteur tel qu'illustré à la figure 2.
[0029] Il faut également veiller à ne pas créer ou tout au moins favoriser les décharges
ionisantes qui peuvent entraîner la formation d'arcs à l'intérieur de la borne de
raccordement haute tension. Pour cela, une solution consiste à interposer un écran
isolant (11) entre le conduit (6) et l'anneau (9).
[0030] L'anneau (9) pourra également se prolonger à l'intérieur de l'isolateur (5) par une
surface cylindrique (12) telle qu'illustrée à la figure 1 terminée par un épanouissement
(13).
[0031] On pourra également mettre en place un cylindre électrique isolant (14) prolongeant
l'écran isolant (11) dans la partie intérieure de l'isolateur (5), qui s'interpose
entre le conduit (6) et l'anneau (9) muni de son prolongement (12).
[0032] Pour assurer l'étanchéité et notamment empêcher la communication vers l'extérieur
d'un diélectrique liquide ou gazeux, baignant l'intérieur de l'isolateur, on met en
place une série de joints (15) entre le cylindre isolant (14) et la partie isolante
(16) de l'embase (4). Les deux pièces précédentes sont coaxiales, ce qui permet un
coulissement de la pièce (14) dans la pièce (16).
[0033] On pourra également mettre en place un joint torique dans l'anneau (9) pour assurer
l'étanchéité aux gaz ou aux liquides isolants entre la tête (1) et l'isolateur (5).
[0034] Dans l'exemple des figures précédentes, le corps de l'appareil renfermant les différents
organes électriques tels que bobinage haute tension, basse tension et noyau, était
enfermé dans le corps de l'appareil, c'est-à-dire la tête (1) en résine moulée placée
à la partie supérieure de l'appareil. On peut cependant parfaitement envisager la
construction inverse, telle qu'illustrée à la figure 3 dans laquelle la tête (1) renfermant
les différents organes électriques est située dans la partie basse de l'appareil.
Dans ce cas, la broche (2) de raccordement à la haute tension est remplacée par des
plots (17 et 18) fixés sur un support isolant (19) placé au sommet de l'isolateur
(5) et relié à la tête (1) par des conducteurs électriques introduits dans le conduit
central (6) de liaison.
[0035] Les noyaux magnétiques, bobinages primaire et secondaire, sont noyés dans un boîtier
moulé (3) placé dans la tête (1) qui est recouverte d'une couche conductrice (7) reliée
à la terre.
[0036] Pour éviter que des arcs électriques puissent prendre naissance entre les plots haute
tension (17 et 18) et la surface extérieure (7) de la tête (1), un anneau (9) est
interposé entre l'isolateur (5) et la tête (1) à la base dudit isolateur, tel qu'illustré
à la figure 3. Cet anneau (9) est mis au potentiel de la terre et forme donc un écran
de protection vis-à-vis de la pellicule conductrice (7).
[0037] D'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l'Homme de l'Art,
pourraient également être envisagées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci.
1. Borne haute tension de raccordement pour appareils électriques, tels que transformateur
de courant ou de tension, comprenant au moins deux parties dont l'une est raccordée
à la haute tension et l'autre avec la masse, toutes deux séparées par un isolateur
(5) tubulaire à ailettes qui renferme un conduit (6) où sont placés les conducteurs
reliant la tête (1) renfermant les bobinages et noyau magnétique aux parties externes
de l'appareil, caractérisée par le fait que la tête (1) est recouverte d'une couche
métallique conductrice (7) sur la partie externe et qu'un anneau métallique (9) est
interposé entre la tête (1) et l'isolateur (5).
2. Borne haute tension de raccordement, selon la revendication 1, caractérisée par le
fait que l'anneau (9) présente un profil aux bords arrondis.
3. Borne haute tension de raccordement, selon la revendication 2, caractérisée par le
fait que l'anneau (9) présente un diamètre extérieur supérieur à celui de la couronne
d'appui de la tête (1) sur l'isolateur (5).
4. Borne haute tension de raccordement, selon la revendication 1, caractérisée par le
fait que l'anneau (9) est relié par une tresse ou autre élément conducteur à la partie
haute tension, en particulier la broche (2) de raccordement.
5. Borne haute tension de raccordement, selon la revendication 1, caractérisée par le
fait qu'un écran (11) est interposé entre l'anneau (9) et le conduit (6).
6. Borne haute tension de raccordement, selon la revendication 1, caractérisée par le
fait que l'anneau (9) se prolonge à l'intérieur de l'isolateur (5) par une surface
cylindrique (12) terminée par un épanouissement (13).
7. Borne haute tension de raccordement, selon la revendication 1, caractérisée par le
fait qu'un joint d'étanchéité est mis en place dans une gorge creusée dans l'anneau
métallique (9).
8. Borne haute tension de raccordement, selon la revendication 1, caractérisée par le
fait qu'un cylindre isolant (14) est interposé à l'intérieur de l'isolateur (5) entre
le conduit (6) et l'anneau (9) et son prolongement (12).
9. Borne haute tension de raccordement, selon la revendication 8, caractérisée par le
fait que le cylindre isolant (14) présente des joints d'étanchéité (15) au niveau
de sa liaison par emboîtement sur la partie isolante (16) de l'embase (4).