L'invention concerne des perfectionnements aux diviseurs de tension capacitifs moyenne tension comprenant un condensateur dont les armatures sont moulées dans une matière isolante et évitant les saillies à faible rayon de courbure dirigées l'une vers l'autre.

Problème posé.

Il s'agit de prévoir des appareils dans les réseaux électriques moyenne tension, pour détecter la valeur ou la présence de tension sur des parties d'appareils, de lignes ou de câbles. La présence de courant peut être simplement constatée (voyant de signalisation) ou peut actionner un relais de télécommande ou de protection des installations électriques.

Etat de la technique antérieure et inconvénients.

On utilise, à cet effet, des diviseurs de tension à condensateur moyenne tension d'une capacité de quelques dizaines de picofarads branchés entre l'une des phases du réseau moyenne tension et la terre et placés en série avec une Impédance basse tension combinant résistances, capacité, ampoules lumineuses, enroulement de relais ou de transformateurs, etc...

Le condensateur moyenne tension lui-même est souvent cons- t_itué par une pastille de céramique à très haut pouvoir inducteur spécifique, moulée à l'intérieur d'une masse de résine isolante thermodurcissable constituant, par ailleurs, un autre élément de l'appareillage électrique, par exemple un isolateur support, un transformateur de courant, un isolateur de traversée etc...

Cette disposition actuelle de l'état de la technique est représentée schématiquement à la figure 1 des dessins joints dans lesquels le repère (1) désigne une barre sous une tension de _{20 k}V par rapport à la masse (2) qui est supportée par un isolateur support dans lequel se trouve un condensateur (3) de très haute capacité capable de résister à une tension peu différente de 20 kV, ainsi qu'une résistance (4) en parallèle avec un voyant (5) ; de même un autre exemple d'isolateur support comprend un condensateur (6), similaire au condensateur (3), en série avec un enroulement (7) d'un relais ou d'un transformateur.

La figure 2 représente une première version d'un condensateur moyenne tension, tel que (3) ou (6), constitué par une pastille de céramique (8), à très haut pouvoir inducteur spécifique, moulée à l'intérieur d'une masse de résine (9) isolante et thermodurcissable qui constitue l'élément mécanique de l'appareillage électrique considéré, à savoir support, transformateur de courant, isolateur de traversée, etc... La pastille (8) est comprise entre deux éléments insérés (10) et (11) coulés dans la résine (9), en métal ; et comportant des filetages (12), (13) qui servent non seulement de supports mais aussi de bornes et d'armatures du condensateur ainsi réalisé.

A la figure 3, on a représenté une autre réalisation qui consiste à remplacer la pastille de céramique (8) par deux électrodes (14), (15) cylindriques découpées dans des feuilles ou du grillage métalliques et qui sont maintenues à une distance convenable l'une de l'autre pendant le moulage de la masse de résine (16). L'électrode (14) est reliée à l'élément inséré (10) avec son filetage (12) tandis que l'électrode (15) est reliée à l'élément inséré (11) avec son filetage (13).

Les deux réalisations des figures 2 et 3 présentent les inconvénients de développer des contraintes électriques très élevées dans certaines régions de la masse moulée ainsi que des contraintes mécaniques importantes du fait des coefficients de dilatation différents des éléments constitutifs. Dans le cas de la réalisation de la figure 3, on a remédié aux contraintes diélectriques élevées à l'aide d'anneaux de garde (17) et (18) dont la courbure est calculée de façon classique pour obtenir des contraintes acceptables dans les zones soumises aux effets de pointes. Toutefois, on se heurte toujours à des difficultés de mise en oeuvre notamment pour maintenir la bonne position relative des deux électrodes (14) et (15) pour qu'elles soient parfaitement concentriques. Comme cela est difficile à réaliser, le diviseur capacitif ainsi fabriqué demeure peu fiable. La présenté invention a pour but de remédier à ces inconvénients en apportant une solution économique à la fabrication des diviseurs capacitifs qui sont beaucoup plus fiables, moins encombrants et adaptés à la fabrication en grande quantité.

Exposé de l'invention.

Le diviseur capacitif de l'invention est caractérisé principalement par la combinaison :

• a) d'une première armature constituée par au moins un disque épais généralement plan, à bords arrondis de rayon de courbure supérieur en tous points à la valeur susceptible d'amener une surcharge diélectrique dangereuse de l'isolant et qui est fonction du gradient électrique admissible dans celui-ci, ladite première armature étant supportée par une tige coaxiale cylindrique conductrice reliée à une borne correspondante à la première armature, éventuellement par au moins une deuxième tige reliée par vissage à la première ;
• b) d'une masse de matière diélectrique solide moulée autour 5 de ladite première armature et de la naissance de la tige support à partir du disque, la paroi externe de ce diélectrique étant en tous points à une distance à peu près constante de cette première armature et de sa tige, sauf au niveau de la partie médiane de la tige support où cette masse forme un col avec des ombelles arrondies entourant ladite tige et un rentrant le long de la tige, la section comprenant l'axe de la tige d'arrondi raccordant la masse de diélectrique avec la première ombelle ayant un rayon de courbure supérieur à celui susceptible d'amener une surcharge diélectrique dangereuse de l'isolant ;
• c) d'une deuxième armature constituée par une couche conduc- _trice recouvrant la surface externe de la masse de la matière diélectrique, à l'exception du col comportant les ombelles, et s'arrêtant après une première gorge, au début de la zone convexe de la première ombelle, constituant ainsi un déflecteur de champ électrique, ladite deuxième armature étant connectée à un fil conductueur relié à une deuxième borne correspondant à la deuxième armature ;
• _d) d'une masse isolante extérieure solide en résine synthétique ou élastomère recouvrant par surmoulage la masse de matière diélectrique et la deuxième armature et laissant apparaître extérieurement :

  • - les deux bornes d'armature, dont 1'une,axiale sert de support avec filetage,
  • - ainsi qu'un support axial avec filetage noyé dans la masse isolante,

  cette masse isolante faisant partie d'une pièce d'appareillage électrique telle qu'un isolateur support, un transformateur de courant ou de tension ou tout autre appareil.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description ci-après qui en donne quelques exemples non limitatifs de réalisation pratique et qui sont illustrés par les dessins joints.

Brève description des figures.

Dans ces dessins :

• Les figures 1, 2 et 3 ont déjà servi ci-dessus à expliquer l'état de la technique, à savoir :
• La figure 1 est une vue schématique montrant la disposition de diviseurs capacitifs entre une ligne sous tension et
• la masse.
• La figure 2 est une coupe verticale axiale d'un premier exemple de diviseur capacitif avec pastille de céramique en tant que diélectrique.
• La figure 3 est une coupe verticale axiale d'un deuxième exemple de diviseur capacitif existant avec des armatures cylindriques.

Les figures 4 et 5 représentent deux premières formes de réalisation de diviseur capacitif suivant l'invention en coupe verticale axiale.

La figure 6 représente en coupe verticale axiale une troisième forme de diviseur capacitif de l'invention dont l'armature extérieure est réalisée en tôle emboutie.

La figure 7 est une vue en plan de l'armature extérieure du diviseur capacitif représenté à la figure 6.

La figure 8 est une vue en coupe verticale axiale d'une quatrième forme de réalisation du diviseur capacitif de l'invention constitué de trois éléments similaires à ceux qui sont représentés dans l'une ou l'autre des réalisations représentées aux figures 4 à 6.

Les figures 9 à 14 représentent, en coupe diamétrale et suivant l'axe de la tige, différentes formes de réalisation de la première armature en forme de disque.

Description de quelques modes de réalisation.

En se reportant à la figure 4, le diviseur capacitif est composé d'une première armature (19), supportée par une tige coaxiale (20), d'une masse de matière diélectrique solide (21), moulée autour de l'armature (19) et de la tige (20), d'une deuxième armature (22) et d'une masse isolante extérieure (23).

L'armature (19) est constituée par un disque épais généralement plan, à bords arrondis tandis que l'armature (22) entoure l'armature (19) de façon à constituer un espace rempli par la masse de matière diélectrique (21) moulée autour'de l'armature (19) et de la naissance de la tige (20) support. La paroi externe de la masse de matière - diélectrique (21) est en tous points à une distance a peu près constante de l'armature (19) et de sa tige (20). Par conséquent, l'armature (22) s'arrête en (24) où elle forme un col arrondi suivant un rayon de courbure maintenant le gradient électrique à l'intérieur de la masse (21) à un niveau admissible. Comme au niveau (24), à l'extrémité du col, l'armature (22) forme une arête vive, on s'arrange pour que cette arête soit dirigée vers l'extérieur sous une première ombelle (25) constituée à l'aide de la masse de matière diélectrique (21). On prévoit aussi une deuxième ombelle (26) après laquelle la masse de matière diélectrique (21) constitue un rentrant (27) au fond duquel se trouve noyé un écrou (28) vissé sur le haut de la tige coaxiale (20) et dans lequel se visse une autre tige coaxiale (29). La tige (29) est solidaire d'une pièce insérée (30), située dans l'axe du diviseur capacitif, et comportant un filetage (31). La pièce (30) constitue-l'une des bornes extérieures, celle relative à l'armature (19).

L'armature (22) est reliée à la borne extérieure (32), sur le côté du diviseur, par un fil conducteur (33) qui s'enroule autour du col (24) en serrant convenablement la deuxième armature (22) à cet endroit pour assurer le contact approprié. Une deuxième pièce insérée (34), avec un filetage (35), est moulée dans la masse isolante extérieure (23) de façon à être coaxiale aux tiges (20) et (29) ainsi qu'avec l'autre pièce insérée (30). La pièce insérée (34) est complètement isolée des autres éléments du diviseur capacitif et elle est aussi complètement isolée de la masse, c'est-à-dire de la borne extérieure (32) du fil (33) et de l'armature (22).

En fait, le diviseur capacitif a une forme de révolution comme tous les éléments qui le constituent. En particulier, la première armature (19) a la forme d'un disque circulaire ; les tiges (20) et (29) sont cylindriques tout comme les pièces insérées (30) et (34) ; l'armature (22) a une forme aplatie ronde tout comme les ombelles (25) et (26).

Les masses isolantes (21) et (23) sont, de préférence, en résine époxy et le disque ou armature (19) ainsi que les tiges (₂₀) et (29) tout comme l'écrou (28) et les pièces insérées (30) et (34) sont en aluminium ou un alliage à base de ce métal car l'aluminium et la résine époxy ont des coefficients de dilatation proches l'un de l'autre si bien que les contraintes mécaniques sont réduites en cas de variations de température en particulier lors du moulage.

Il y a plusieurs manières de réaliser la deuxième armature (22).

Une première manière, représentée à la figure 4, consiste à appliquer sur l'extérieur de la masse de matière diélectrique (21) une couche conductrice par dépôt de métal ou de peinture conductrice, à base de carbone, par exemple-. Cette application peut se faire au pistolet, par trempage ou autre. On peut aussi réaliser une métallisation sous vide ou encore une électrophorèse de métal, ou tout autre moyen similaire.

Une deuxième façon de réaliser l'armature extérieure (22) est illustrée à la figure 5 où l'on surmoule autour de la masse de matière diélectrique (21) une couche relativement épaisse, de matière semi-conductrice (36) dans laquelle fil conducteur (37) relié à la borne (38). Une troisième manière (figure 6) de réaliser l'armature (22) consiste à prévoir deux coupelles de métal (39) et (40) de même diamètre que l'on assemble par leur bord extérieur (41) par soudure, rivetage ou autre, lesdites coupelles (39) et (40) constituant une boite enfermant la première armature (19) et la masse de matière diélectrique (21). Pour faciliter la pénétration de celle-ci, outre le col (42) réalisé dans la coupelle (39) autour de la tige (20) avec des formes similaires à celles du col (24), on prévoit des ouvertures médianes (43) qui sont poinçonnées avec leurs bords (76) rabattus vers l'extérieur avec un rayon suffisant qui tourne sa convexité vers l'armature (19) toujours de façon à éviter toutes surcharges diélectriques dangereuses dans l'isolant (21). Dans cette forme de réalisation, on est obligé, pendant le moulage, de maintenir l'ensemble des coupelles (39) et (40) par des griffes ou au moins un support axial (44) similaire à la pièce insérée (34). Le support (44) maintient convenablement la deuxième armature par rapport à la première armature (19) lors de la coulée de la matière isolante diélectrique qui est la même entre les deux armatures (19) et (39-40) qu'à l'extérieur de cette dernière armature. On prévoit de relier les coupelles (39), (40) à la borne extérieure (non représentée) par un fil conducteur (45).

La figure 8 représente une autre forme de réalisation dans laquelle on a voulu augmenter la capacité de l'appareil en augmentant la surface des armatures. Cette augmentation de surface est réalisée en prévoyant une première armature constituée de plusieurs disques (46), (47), (48) régulièrement espacés sur une même tige (49), et une deuxième armature (₅₀) conformée à la distance voulue de la première armature (46) à (⁴9) par une masse de matière diélectrique (51) se prolongeant par des ombelles (52), (53), le tout étant surmoulé par une masse isolante (54) dans laquelle sont noyées les pièces insérées (55) et (56) ainsi qu'une borne (57). La pièce insérée (55) est reliée à la tige (49) par une tige (58) et un écrou (59) tandis que la borne (57) est reliée à l'armature (50) par un fil conducteur (60). La pièce insérée (56) est totalement isolée des autres éléments de l'appareil par la masse isolante (54).

Les techniques de fabrication des appareils représentés aux figures 4 à 8 sont bien connues. Elles appartiennent, en ce qui concerne les coupelles (39) et (40), à la technique de l'emboutissage ou du formage. Les autres pièces constitutives sont réalisées par des techniques habituelles de moulage de matières plastiques ou de la fonderie en général. Le bon résultat que l'on obtient du diviseur cons- _titué suivant l'invention dépend, en particulier, du maintien en bonne position relative des deux armatures du diviseur capacitif. Il faut, notamment, que les distances entre

les armatures (19) et (22) (ou 36 et 39-40 ou 50) soient rigoureusement constantes.

En générale toutes les pièces de l'appareil sont de révolution et en particulier, les deux armatures, ce qui facilite leur maintien à bonne distance.

Les techniques de fabrication de la première armature (19) sont très variées et vont maintenant être expliquées ainsi qu'illustrées par les figures 9 à 14.

La façon la plus simple (figure 9) consiste à prévoir un disque'plein en aluminium dans lequel se rive ou se visse l'extrémité de la tige (20).

La figure 10 a représenté la coupe d'un disque (191) en élastomère semi-conducteur emmanché sur la tige (20). Le disque (191) est renforcé à l'endroit du contact avec la tige (20), par une rondelle (61) sur laquelle s'appuie un épaulement de la tige (20). De l'autre côté du disque, on prévoit un évidement (62) pour loger la tête (63) d'un rivet constitué à l'extrémité de la tige (20).

A la figure 11, on a représenté deux coupelles identiques (64) et (65) en métal embouti avec bords extérieurs ('66) et (67) rabattus vers l'intérieur et dirigés l'un vers l'autre de façon à ce qu'ils soient en contact l'un de l'autre. L'extrémité de la tige (20) comporte une partie de diamètre plus petit (68) qui forme un épaulement (69) sur lequel reposent les bords d'un trou central de la coupelle (64). Un trou similaire est prévu dans la coupelle (65) sur les bords duquel s'appuie un rivet (70) constitué dans l'extrémité de la partie (68)..-La figure 12 représente une configuration similaire avec deux coupelles (641) et (651) s'appuyant respectivement sur un épaulement (691) et un rivet (701) avec leurs bords (671) et (661) tournés l'un vers l'autre mais les rebords sont ici écartés l'un de l'autre par un anneau ou jonc (71) en élastomère semi-conducteur à profil circulaire bien lisse, faisant saillie sur la périphérie. La figure 13 représente une autre configuration apparentée à celle de la figure 12 avec la seule différence que les bords (662) et (672) sont parallèles à l'axe de la tige (20) et s'encastrent dans un anneau ou jonc (72) en élastomère semi-conducteur qui a un profil extérieur circulaire bien lisse faisant saillie sur la périphérie.

La figure 14 représente un disque (73) en matière moulée isolante qui est bien fixé à l'extrémité de la tige (20) comportant une tête (74). Le disque (73) en matière moulée isolante est métallisé extérieurement par une couche conduc- _tr_ice que l'on a repéré par (75), ladite-couche étant convenablement mise en contact électrique avecla tige axiale (20).

On a constaté dans la pratique que la réalisation de l'inven- ti_on permettait une fabrication en série de l'appareillage avec une grande constance de la qualité et des performances. L'appareil constitué de cette façon est très fiable car les contraintes électriques et mécaniques sont réduites. Les surfaces arrondies évitent la formation de fissures et améliorent la répartition du champ électrique. On peut d'ailleurs choisir les rayons de courbure des armatures ou électrodes à volonté.

La forme du diviseur de l'invention donne la maximum de capacité pour le minimum d'encombrement.

Tout cela offre un certain nombre d'avantages qui évitent les inconvénients qui ont été indiqués au début du présent mémoire.