Brevet FR2004717A1 — publié le 19691128

La présente invention concerne un câble électrique dont l'isolant est constitué par plusieurs couches de caoutchouc ou d'une matière synthétique. L'invention concerne également un procédé de fabrication du câble qui comprend la phase consistant à appliquer par extrusion une couche compacte de matière isolante. Dans la suite du présent mémoire, on entendra par matière isolante n'importe quelle matière appropriée pour recouvrir par extrusion l'âme d'un câble et constituer l'isolement de ce câble. On comprend donc dans cette définition le caoutchouc isolant et les matières synthétiques isolantes comme, par exemple, le polyéthylène. On connait déjà des câblesélectriques isolés par unecou- nhe de matière isolante,que l'on applique en faisant passer leconr ducteur dans la tête d'une extrudeuse . Ces câbles peuvent donner lieu â certains inconvénients. Le premier inconvénient que l'on peut constater résulte du risque de la présence d'impuretés dans la matière première isolante ou dans la machine, impuretés qui se retrouvent dans l'isolement du câble terminé. Ces impuretés peuvent se placer dans une position telle qu'elles provoquent une forte diminution des propriérés électriques du câble. Les impuretés qui sont particulièrement préjudiciables à ce point de vue sont celles qui ont une forme allongée comme, par exemple, les corps étrangers filiformes qui, s'ils se placent dans une position transversale par rapport à l'isolement du câble, peuvent se comporter comme des voies de plus faible résistance pour le passage des décharges électriques entre l'âme du câble et l'extérieur et réduire fortement en ce point l'épaisseur effective de l'isolement. Un autre inconvénient qui peut se présenter, en particulier dans le cas où l'isolant est constitué par du polyéthylène, est dû au fait que, si 11 isolant présente une forte épaisseur, son refroidissement se produit dans des conditions irrégulières. Ceci provoque l'apparition de tensions internes qui se traduisent par des tensions résiduelles et des déformations dupro- duit fini, tensions et déformations qui sont l'origine de défauts d'uniformité des caractéristiques du produit. On connait également des câbles qui comprennent un isolant constitué par plusieurs couches (deux ou trois couches) de diverses matières isolantes. Toutefois, il s'agit toujours de couches d'une épaisseur capable de donner également lieu aux inconvénients cités plus haut. Le but de là présente invention est de réaliser un câble électrique isolé au caoutchouc ou au moyen d'une matière synthétique et qui évite les inconvénients décrits plus haut. La présente invention a pour objet un câble électrique dont l'isolant comprend plusieurs couches de matière isolante et qui est caractérisé en ce que le nombre de ces couches n'est pas inférieur à 3 et est de préférence compris entre 5 et 100, chacune des couches ayant une épaisseur non supérieure à 2 mm, et de préférence comprise entre 0,2 et 2 mm. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication de câbles électriques isolés au caoutchouc ou au moyen d'une matière synthétique, caractérisé en ce que l'on recouvre l'âme du câble d'un nombre de couches de matière isolante égal au minimum à 3, et de préférence compris entre 5 et 100, l'épaisseur de ces couches n'étant pas supérieure à 2 mm, et étant de préférence comprise entre 0,2 et 2 mm, chacune des couches de matière isolante étant extrudée à une certaine distance du point d'extrusion de la couche précédente. L'épaisseur des couches peut être constante sur tout l'isolant, ou bien les diverses couches peuvent avoir des épaisseurs différentes 3 par exemple, les couches extérieures pourraient avoir une épaisseur supérieure à celle des couches intérieures. Les diverses couches qui constituent l'isolant peuvent être faites de matières différentes les unes des autres toutefois, il est préférable de n'utiliser que deux matières qui alternent entre elles de façon que chaque couche d'une matière soit adjacente à deux couches de l'autre matière (à l'exception de la couche la plus intérieure et de la couche la plus extérieure, qui ne sont en contact qu'avec une seule autre couche qui fait partie de l'isolant). Il est nécessaire que les matières soient choisies de façon que, dans le câble fini les diverses couches soient parfaitement adhérentes entre elles (c'est-à-dire qu'elles aient un contact physique sans interposition d'un voile d'air); on citera, comme exemples de couples de matières appropriées, le polyéthylène à basse densité et le polyéthylène à haute densité, le polyéthylène à bas point de fusion et le polyéthylène à haut point de fusion, le polyéthylène et le polypropylène, 1'éthylène-propylène réticulé et le polyéthylène réticulé, le terpolymère EPD et l'éthylène-propylène, le terpolymère EPD et le polyéthylène réticulé. Il est également possible de fabriquer le câble suivant l'invention de telle façon que les diverses couches qui composent l'isolant soient toutes de la mêmes matière ; dans ce cas, il est nécessaire d'adopter le procédé de fabrication décrit plus haut qui constitue également un objet de la présente invention. Bans ce cas, en raison du fait que les diverses couches sont extrudées à une certaines distance l'une de l'autre, on obtient pour effet que les diverses couches ont le temps, avant d'être recouvertes par la couche suivante, de prendre leur place et de s'équilibrer de sorte que, d'un certain point de vue, l'individualité d'une couche déterminée reste conservée même si toutes les couches sont de la même ma tière. Le câble suivant l'invention peut être fabriqué par des moyens connus, soit que l'on fasse passer le conducteur dans une série de têtes d'extrusion successives, soit qu'on le fasse passer dans une extrudeuse à têtes multiples, également de type connu. En raison de la faible épaisseur des diverses couches, les impuretées éventuelles sont contraintes à se disposer dans des positions parallèles aux couches, de sorte que leur effet nocif sur l'isolement est notablement réduit, l'inconvénient décrit dans le préambule du présent mémoire étant ainsi éliminé Toutefois, on a également constaté avec surprise que, indépendamment de l'élimination des inconvénients cités, le câble suivant l'invention présente en outre une amélioration de ses caractéristiques électriques qu'on ne pouvait absolument pas prévoir en se basant sur les caractéristiques des câbles déjà connus et qui étaient isolés avec la même matière ou les mêmes matières. Cette amélioration est particulièrement marquée lorsque le câble suivant l'invention est construit de façon que chaque couche faite d'une matière déterminée alterne avec des couches faites d'une matière différente. L'amélioration des caractéristiques électriques du câble est particulièrement étonnante en ce qu'elle n'est pas due à l'introduction partielle, dans une certaine matière isos lante, de couches d'une matière présentant les caractéristiques supérieures mais qu'elle est due justement à la présence de matières différentes ; en effet, les caractéristiques du cir ble suivant l'invention sont meilleures que celles d'un câble qui serait isolé entièrement à l'aide de celui des isolants utilisés dans le câble suivant l'invention qui présente les meilleures caractéristiques. La raison de ces résultats surprenants n'est pas actuellement expliquée de façon entièrement stre ; à titre d'hypothèse, on peut considérer que si, en un certain point de l'isolant d'un câble suivant l'invention, on constate la présence des conditions nécessaires pour l'amorçage d'une décharge, l'épaisseur très limitée de la couche dans laquelle se trouve le point considéré, et le fait que la couche est adjacente à dVau tres couches d'une matière différente, étouffent à la naissance la diffusion dans la totalité de l'isolant de ces conditions disruptives dangereuses et s'opposent par conséquent à une dé charge destructive jusqu'à des niveaux de sollicitation électrique beaucoup plus élevés que ceux qui provoqueraient la décharge dans un isolant homogène ; dans ce cas, les conditions nécessaire pour la réalisation de la décharge se diffuseraient plus facilement dans la totalité de l'épaisseur de l'isolant. On décrira dans la suite un exemple de réalisation de l'invention, constitué par un câble unipolaire destiné à être utilisé dans un réseau triphasé à 132 kV. On recouvre un conducteur de cuivre étamé, forez d'un toron compact, ayant une section de 120 mm2#et un diamè- tre de 13 mm, d'une couche de polyéthylène semi-conducteur qui porte le diamètre à 15 mm. Suivant l'invention, on dispose sur la couche semi-conductrice l'isolant qui est constitué par des couches alternées de polyéthylène à basse densité et de polyéthylène à haute densité. Plus particulièrement, toutes les couches d'ordre impair- sont en polyéthylène à basse densité "DFD 6603" (Union Carbide) tandis que toutes les couches d'ordre pair sont en polyéthylène haute densité "Hostalen GF 5250" (Hoechst). L'isolant est constitué par un premier groupe de cou ches ayant chacune une épaisseur de 0,2 mm qu'on dépose sur le câble jusqu'à ce que ce dernier ait atteint un diamètre de 22s6 mm, et par un deuxième groupe de couches ayant chacune une épaisseur de 0,5 mm qui porte le câble à un diamètre de 43,60 mu. Autour de l'isolant, on applique une deuxième couche de polyéthylène semi-conducteur qui porte le diamètre à 48110 mm. Le câble est ensuite complété, de façon connue, par un écran métallique constitué par une couronne de fils en cuivre rouge, et par une gaine en polyéthylène. Le diamètre total est de 53,70 mm. Un deuxième exemple est constitué par un câble unipolaire destiné à être utilisé dans un réseau triphasé à 220 kV. La structure et les matières utilisées sont les mêmes que celles de l'exemple précédent, tandis que les dimensions sont les suivantes. Le conducteur est un toron de 240 mm et ayant un diamètre de 18L75 mm ; la couche semi-conductrice porte le diamètre à 20,75 mm. Sur cette couche, on applique des couches d'isolant de 0,2 mm jusqu'à obtenir un diamètre de 31X15 mms et des couches de 0,5 mm, pour porter le diamètre à 73,15 mm. La deuxième couche semi-conductrice porte le diamètre à 76,15 mm et l'écran métallique et la gaine portent le diamètre à la valeur finale de 85,65 mm. On pourrait fabriquer les câbles décrits dans ces exemples en faisant passer les conducteurs à travers une série d'extrudeuses dont chacune déposerait une couche. Toutefois, il est plus avantageux de fabriquer ces câbles en faisant passer les conducteurs à travers un nombre plus limité d'extrudeuses dont chacune est munie d'une tête multiple d'un type connu qui dépose un groupe de couches. Ainsi qu'il résulte de ces exemples, la présente invention permet d'atteindre des tensions de service beaucoup plus élevées que celles qu'on pouvait atteindre jus qu a présent au moyen de câbles isolés au caoutchouc ou à l'aide d'une matière synthétique. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'âtre décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. R E V E N B I C k T I O N S 1.- Câble électrique muni d'un élément comprenant plusieurs couches de matière isolante, caractérisé en ce que le nombre de ces couches n'est pas inférieur à 3, et est de préférence compris entre 5 et 100, chacune des couches ayant une épaisseur non supérieure à 2 mm, et de préférence comprise entre 0,2 et 2 mm. 2.- Câble électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les couches de matière isolante ont toutes la même épaisseur. 3.- Câble électrique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les couches de matière isolante les plus rapprochées du conducteur sont plus minces que les couches les plus extérieures. 4.- Câble électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites couches sont toutes constituées par la même matière. 5.- Câble électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites couches sont constituées par deux matières différentes, les couches d'une matière étant alternées avec celles de l'autre matière. 6.- Câble électrique suivant la revendication 5 caractérisé en ce que les deux matières sont respectivement le polyéthylène à basse densité et le polyéthylène à haute densité. 7.- Câble électrique suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les deux matières sont respectivement le polyéthylène à bas point de fusion et le polyéthylène à haut point de fusion. 8.- Câble électrique suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les deux matières sont respectivement le polyéthylène et le polypropylène. 9.- Câble électrique suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les deux matières sont respectivement l'éthylène-propylène réticulé et le polyéthylène réticulé. 10.- Câble électrique suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les deux matières sont respectivement le terpolymère EPB et l'éthylène#propylène. 11.- Câble électrique suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les deux matières sont respectivement le terpolymère EPD et le polyéthylène réticulé. 12.- Procédé de fabrication de câbles électriques isolés au caoutchouc ou à l'aide d'une matière synthétique, caractérisé en ce qu'on recouvre ltâme du câble d'un nombre de couches de matière isolante égal au minimum à 3, et de préférence compris entre 5 et 100, l'épaisseur des couches n'étant pas supérieure à 2 mm et étant de préférence comprise entre 0,2 et 2 n'm, chaque couche de matière isolante étant extrudée à une certaine distance du point d'extrusion de la couche précédente. 13.- Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les diverses couches sont déposées par passages successifs dans des têtes d'extrudeuses. 14.- Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que deux ou plus de deux des couches sont déposées par un seul passage dans une extrudeuse à têtes multiples connue en soi.