Brevet FR2034345A1 — publié le 19701211

Pour un câble de télécommunication isolé au papier comportant une gaine de plomb, ltespace occupé par l'air correspond environ à 30 * de la section intérieure du tube de plomb. Lorsque l'eau entre accidentellement dans le câble à la suite de la détérioration de la gaine il en résulte une chute brutale de l'isolement qui permet une localisation immédiate du défaut et le cheminement de l'eau dans le câble est limité par le fàit que l'isolant absorbe 11 eau en augmentant de volume au détriment des espaces libres; l'expérience a montre que le câble est endommagé sur une dizaine de mètres environ et que la remise en état ne présente pas de difficulté. I1 n'en est pas de même pour les câbles de télécommunication isolés avec des matières plastiques du fait que les espaces libres correspondent à une section plus grande que pour les câbles isolés en papier, 40 * environ au lieu de 30 %, et que --l'es matières plastiques n'offrent pas de résistance au cheminement de liteau. S'il se produit une détérioration de la gaine extérieure d'un câble enterré,l'eau est susceptible de pénétrer dans le câble et de se répandre sur une grande longueur.Les caractéristiques électriques, isolement et capacité, s'en trouvent très perturbées e-t comme d'autre part on ne peut prétendre réaiiser une isolation des fils sans défaut, le cheminement de l'eau arrive à constituer un pont entre conducteurs différents; il en résulte des défauts d'isolement difficiles à localiser du fait qu'ils portent sur une longueur indéterminée et que leur résistance est mal définie. Il est également à craindre que les défauts soient persistants et qu'ils ne s'aggravent à la suite d'action électrolytique-en milieu humide. Le développement actuel de l'utilisation des câbles avec conducteurs à isolation plastique entrain donc le risque d'avoir un réseau perturbé. I1 a été proposé il y a plusieurs années de réaliser l'étan- chéité longitudinale des câbles téléphoniques à isolation plastique en effectuant le remplissage des espaces libres entre conducteurs avec des oléfines à bas poids moléculaire, des cires de pétrole ou des huiles chargées; ce remplissage est fait soit par imprégnation sous vide de l'ensemble des conducteurs assemblés, soit par fluage de la matière introduite au moment de l'assemblage du câble. Comme le procédé de remplissage n'est efficace qu'à condition que le volume de la matière introduite dans le câble remplisse entièrement les interstices il en résulte que ce remplissage est difficile à réaliser.En effet si lton peut apprécier un excès de matière de remplissage par une augmentation de diamètre du câble, on est par contre démuni de moyens pour contrôler une insuffisance de matière sur une partie ou sur la totalité de la longueur. Que le remplissage se fasse par fluage ou par imprégnation, dans les aeux cas la matière qui est chauffée avant l'opération se contracte pendant son refroidissement dans le câble et son retrait ne peut manquer de créer des canaux vides dans l'âme. Du fait que la matière de remplissage a une viscosité faible, elle a tendance à fluer dans le bas du cylindre que constitue le câble ou bien encore si le câble est incliné à se déplacer de la partie haute vers la partie basse; dans les deux cas des vides sont créés. Pour pallier ces difficultés, il a été proposé de remplir. les interstices du câble avec une matière thermodurcissable cellulaire du type polyuréthane mais ce procédé donne de la raideur au câble. Un autre inconvénient du procédé par remplissage est d1 interdire le contrôle de l'étanchéité transversale des câbles par pression de gaz. Ces inconvénients inhérents au remplissage total du câble disparatssent en réalisant l'étanchéité. longitudinale,en remplissant partiellement les espaces libres du câble avec un produit ayant la propriété de former une barrière d'étanchéité par contact-avec- l'eau qui entre accidentellement dans le câble. La présente invention a comme objet une méthode de réalisation de ces barrières et le choix des produits à utiliser. Selon l'invention les produits à utiliser sont soit des produits ayant un grand pouvoir épaississant, soit deys produits ayant unie grande capacité de gonflement dont les propriétés sont décrites plus loin.Ces deux types de produit agissent par l'intermédiaire de l'eau qui traverse la gaine endommagée soit en formant avec le produit à grand pouvoir épaississant une solution qui en prenant la consistance d'un gel bloque l'écoulement de l'eau sur un court trajet, soit en formant avec le produit à grande capacité de gonflement une suspension visqueuse et imperméable qui constitue un bouchons Lorsque l'eau s'écoule suivant l'axe d'un câble, son mouvement crée une contre-pression qui résulte des frottements internes dus à la viscosité du liquide.Cette contre-pression qui ralentit et qui finit par arrêter le cheminement de 'eau,est.4ifficile à évaluer : elle dépend du nombre. de canaux constitués par les espaces libres entre conducteurs. et de conditions encore plus imprécises telles que la sinuosité et la section de ces canaux et le coefficitent de frottement du liquide contre les parois. Des essais sur câble pour caractériser cette force de freinage à l'écoulement ont l'inconvénient de détériorer le câble; des essais sur échantillons ne donnent pas de résultat car le passage de l'eau est trop rapide. Selon 11 invention on déterminé la force de freinage en effectuant un essai d'écoulement avec un fluide silicone ayant une viscosité de 1000 millipoiseuilles en utilisant un viscosimètre relatif constitué comme 1 t indique la figure 1 par une cuve 3 pourvue à sa base d'un presse-étoupe 2 dans lequel est fixé l'échantillon à essayer 1. La durée d'écoulement d'volume déterminé de fluide silicone du type 1000 millipoiseuilles à travers un échantillon de câble de longueur déterminée caractérise le cheminement du liquide pour le type de cable essayé à la température de essai. Les produits à grand pouvoir épaississant considérés donnent des solutions aqueuses dont la viscosité croît exponentiellement avec la concentration comme l'indiquent les courbes de la figure 2. Selon ltinvention les espaces libres entre les conducteurs d'un câble sont remplis partiellement avec l'un des produits cités; lorsque lteau s'introduit accidentellement dans le câble il se forme une solution dont la concentration crott au furet à mesure que l'eau progresse; étant donné que la viscosité croit exponentiellement avec la concentration* la force retardatrice qui en résulte ralentit considérablement le cheminement de liteau et à la faveur de ce ralentissement les propriétés thixotropiques de la solution entrent en jeu pour bloquer tout écoulement.Comme ces différents phénomènes agissent dans le même sens, l'écoulement de 11 eau dans le câble garni de matière à grand pouvoir épaississant est bloqué sur un court trajet et le câble se trouve pourvu d'étanchéité ion- gitudinale. Les produits à grand pouvoir épaississant peùvent être des de- rivés de la cellulose par exemple un méthyl cellulose, un carboxy méthyl cellulose, un hydroxy éthyl cellulose qui se présentent sous forme pulvérulente et dont on utilisera les types ayant un degré de polymérisation élevé. Le produit à grand pouvoir épaississant peut également être un polymère soluble d'oxyde d'éthylène à haut poids moléculaire utilisé sous forme pulvérulente Cette matière étant thermoplastique elle peut s'extruder et se calandrer et en conséquence être aussi utilisée sous forme de rubans, de filaments ou de bourrages à l'état plein ou cellulaire, en teinte naturelle ou colorée. Les polymères solublesd'oxyde d'éthylène et leurs solutions aqueuses ne sont pas sensibles aux attaques biologiques. Le produit à grande capacité de gonflement introduit dans le câble agit parce qutau~contåct de l'eau il forme un gel visqueux et imperméable qui bloque l'écoulement de 11 eau près de l'endroit où elle est entrée. Le produit peut être dtorigine synthétique ou naturelle comme c'est le cas pour la montmorillonite qui est un silicate hydraté d'alumine. C1 est un produit pulvérulent constitué par des particules feuilletées dont le volume augmente considérablement lorsque l'eau pénètre entre les feuillets en formant une suspension imperméable. On peut contrôler qu'un cable est bien protégé contre le cheminement en injectant de l'eau par une ouverture faite dans la gaine et en vérifiant que l'eau ne s'écoule pas jusqu'aux extrémités du câble. Plutôt que cet essai par tout ou rien, il est préconisé un procédé plus significatif pour apprécier l'effet bouchon obtenu avec des produits à grand pouvoir épaississant ou à grande capacité de gonflement. Le dispositif utilisé est représenté par la figure 3 : un échantillon de 30 cm de llame du câble 10 est placé dans un tube de verre 11 dont le diamètre intérieur correspond au diamètre du toron du câble à essayer; le produit permettant d'obtenir lrétanchéité est introduit entre les éléments de l'échantillon et la partie supérieure du tube de verre 12 est remplie d1 eau. Cette expérimentation sous tube verre permet de constater sur un échantillon constitué par un assemblage de quartes étoile en conducteurs de 0,6 mm isolés polyéthylène protégé par un produit pulvérulent à grand pouvoir épaississant que l'eau introduite dans le tube de verre mouille la partie supérieure de la poudre sur 10 mm de hauteur; à partir de ce niveau la solution commence a se gélifier et par la suite la gélification gagne en hauteur sur la colonne de liquide dans un temps d'autant moins long que le poids moléculaire du produit pulvérulent employé est plus élevé, Le même essai effectué avec un produit à grande capacité de gonflement, la montmorillonite, montre également que l'eau est bloquée sur quelques centimètres de façon durables Avant de décrire les procédés d'introduction des produits à grand pouvoir épaississant ou à grande capacité de gonflement dans les câbles nous regroupons dans le tableau ci-après les caractéristiques principales de certains des produits dont il est parlé. Dérivés de la cellulose Polymère Montmo soluble rillo Méthyl Carboxy Hydroxy d'oxyde nite cellulose méthyl | éthyl d'éthylène cellulose cellulose (MC) (CMC) (HEC) (OE) Degré de polymé risation | élevé élevé 2000 Poids moléculaire 4 000 000 Viscosité en millipoiseuil les (1) - t = 20 C t = 20'C t = 20 C t = 25 C Concentration 1% 140 - 750 300 2 500 Concentration 2% 4 000 20 000 10 000 30 000 Capacité de gon flement - - - - 1 500 % Caracté-)Résisti ristiques)vité 8.1013 3.1011 7,5.1013 6.1011 6.109 électri-)Permittiques vité 1,5 1,6 1,9 1,6 3,6 tangente de ltan gle de @@@@@-3 @@@@@-3 @@@@@@-3 @@@@@-3 @@@@@@-3 (1) La viscosité augmente lorsque la température diminue. Entre 20 C et le température de 10 C à considérer pour les câbles entérrés, le coefficient de température de la viscosité rappor té à 1 C est compris entre 2 % et 5 % pour les polymères d'oxy de d'éthylène et entre 3 % et 10 % pour les dérivés de cellulo se par degré centigrade. Les caractéristiques électriques (résistivité, permittivité, tangente de l'angle de perte) reportées sur le tableau ont été déterminées sur dés produits pulvérulents tassés entre deux électrodes parallèles. Les valeurs de viscosité données dans le tableau correspondent à des dérivés de cellulose à haut degré de polymérisation et des polymères solubles d'oxyde d'éthylène à haut poids moléculaire dont les viscosités en fonction de la concentration sont données par les courbes en traits pleins MC, CMC, HEC, OE de la figure 2; sur cette figure 2 sont également représentées en pointillés des courbes re latives à vautres types de dérivés de cellulose et de polymère dioxyde d'éthylène dont le pouvoir épaississant est- trop faible pour l'application recherchée0 Un procédé de mise en place des produits pulvérulents à grand pouvoir épaississant on à grande capacité de gonflement dans un assemblage des conducteurs groupés en paires ou en quartes est re présenté par la figure 4; le~produit pulvérulent 14 est amené par une tuyère 15 immédiatement avant-le point de câblage des fils iso lés emmagasinés sur des bobines telles que 13a et 13b; un bac 16 placé sous la filière permet de recevoir l'excédent et son prolon gement au delà de la filière permet de faire barboter le toron dans le produit pulvérulent jusqu'au moment où il est rubané à l'aide de la volette à deux rubans t8a, 18b. Une caractéristique du procédé est que le produit pulvérulent n'occupe que partiellement les espaces libres entre conducteurs; il est possible qu'il ait tendance à venir occuper le bas de la partie cylindrique du cable mais ctest également dans cette région que l'eau s'écoule en déclenchant le processus de'formation de la bar rière d'étanchéité. Les propriétés thermoplastiques des polymères solubles dtoxyde d'éthylène déjà cités permettent d'introduire ces produits dans les cables sous forme de rubans, de filaments ou de bourrages suivant des procédés connus en câblerie0 Lorsque les espaces vides forment de larges canaux il est possible d'envisager une extrusion. Si le calandrage ou l'extrusion sont effectués avec des produits contenant des agents porogènes les rubans* les filaments et les bourrages se ront à-l1état cellulaire; ils pourront être de teinte naturelle ou colorés. Les produits à grand pouvoir épaississant et à grande capacité de gonflement agissent par llintermédiaire des solutions et des sus- pensions formées avec l'eau qui entre accidentellement dans les câ- bles. Le choix du produit à utiliser dépend. d'abord de la compatibi lité chimique avec le milieu où il se trouve placé et ensuite de son efficacité pour le blocage de l'écoulement de 11 eau que L'on peut évaluer avec le dispositif de la figure 3. Des éléments de câble étant placés dans plusieurs tubes de verre dans les conditions dé crites précédemment on introduit dans Les différents tubes des pro duits à pouvoir épaississant décroissant dans le type de produit choisi; il est facile de constater que des filets d'eau ont tendance à s'insinuer le long des conducteurs lorsque lès viscosités des solutions aqueuses à 2 % de concentration sont inférieures à une certaine valeur. Le Choix du produit étant effectué la quantité de produit à introduire dans le cable pour atteindre le blocage rapide de l'eau doit être déterminée de façon à obtenir des solutions visqueuses d'une concentration déterminée si l'eau venait à pénétrer dans le câble.Des essais ont montré que ces concentrations ne devaient pas dépasser 10 %. Par conséquent le produit n'occupera qu'une partie des espaces libres du câble. Si l'on considère des câbles téléphoniques en paires ou en quartes à isolation plastique de polyéthylene par exemple le rem- placement d'une partie de lVair contenu dans le câble par des produits pulvérulents modifie les caractéristiques électriques. En ce qui concerne la capacité électrique il faut considérer que l'on peut choisir des produits pulvérulents dont la permittivité mesurée sur poudre tassée entre deux électrodes parallèles est de 1,5 ; du faits que dans le câble les produits sont dispersés et n'occupent qu'une partie des espaces vides ilen résulte que l'augmentation de capacité est faible.Un grand avantage de ce procédé est que les câbles téléphoniques protégés conservent leur souplesse. L'étanchéité longitudinale peut entre recherchée pour des câ- bles autres que les câbles en paires ou en quartes; par exemple on peu. entre amené à rechercher l'étanchéité longitudinale d'un câble constitué par plusieurs paires coaxiales; dans ce cas les espaces libres sont répartis en un nombre restreint de canaux présentant une section importante; on obtient le résultat recherché en utilisant soit des produits pulvérulents cités ci-dessust soit des polymères solubles d'oxyde d'éthylène sous forme de rubans, filaments ou bourrages de préférence du type cellulaire. Sur r la figure 5 est représentée à titre d'exemple, la coupe d'un cable à 18 paires coaxiales de 1,2/4,4 mm, telles que 22. Entre les paires coaxiales sont prévus des élém nts; dits de "bourragent tels que 21, qui servent d'une part à améliorer la tenue mécanique du cable et d'autre part à repérer les paires coaxiales par un choix convenable de leurs couleurs. Selon l'invention ces bourrages seront réalisés par extrusion de polymères solubles d'o- xyde d'éthylène, de préférence sous forme cellulaire. Les bourrages représentés conventionnellement sur la figure 5 avec une section circulaire pourront avoir une forme différente, En cas de rentrée d'eau accidentelle dans le câble les éléments de bourrage formant avec l'eau un gel qui bloque l'écoulement de l'eau.L'élément de bourrage 20 est un fil pilote dit de "localisation" formé par un fil isolé par extrusion avec un polymère soluble d'oxyde d'éthylène ou par un rubanage d 'un ruban de polymère d' oxyde d'éthylène. Lors des rentrées d'eau accidentelles ce fil joue le rôle de capteur d'entrée d'eau car sa résistance dtisolement par rapport à l'en- veloppe métallique du câble devient très faible ce qui permet de localiser le défaut par une mesure de résistance en courant continu. Dans certains cables on utilise des paires pilote plut8t que des fils pilote. Le même procédé peut Entre appliqué pour rendre étanche des câbles constitués par des conducteurs de grosse section, tels que câbles destinés à la télécommande. Un autre exemple d'application consistera à arrêter le cheminement de l'eau dans l'espace hélicoïdal compris entre l'âme du cable et l'enveloppe métallique du câble lorsque cette dernière est pourvue d'ondulation. REVENDICATIONS 1) Procédé permettant de supprimer le cheminement de lieau dans un câble électrique consistant à remplir partiellement les espaces libres entre les éléments du cable avec un produit ayant la propriété de former une barrière d'étanchéité par contact avec l'eau qui pénètre accidentellement dans le câble caractérisé par les dispositions suivantes a) le produit introduit dans le câble a la propriété avoir un grand pouvoir épaississant et en conséquence de former avec liteau des solutions dont la viscosité croît exponentiellement avec la concentration et dont la valeur pour une concentration de 2 * est au minimum de 2000 millipoiseuilles à 200C;; lorsque l'eau entre dans le cable elle forme avec ce produit un gel qui bloque l'écou- lement de l'eau près de l'endroit où elle est entrée. b) le produit suivant a) est un produit naturel ou synthétique qui se présente sous une forme pulvérulente. Il pént être par exem- ple un dérivé de la cellulose tel que le méthyl cellulosetle carboxy méthyl cellulose, lthydroxy éthyl cellulose dont on utilisera les types à haut degré de polymérisation. c) le produit suivant a) est un polymère soluble d'oxyde dté thylène à haut poids moléculaire qui se présente sous forme pulvérulente et qui a l'avantage par rapport aux dérivés de cellulose de ne pas âtre sensible aux attaques biologiques. d) le produit suivant a) est un polymère soluble d'oxyde d'éthylène que l'on peut utiliser sous forme de rubans, de filaments ou bien sous forme de bourrages obtenus par extrusion qui peuvent âtre pleins ou cellulaires, de teinte naturelle ou colorée. e) le produit introduit dans le câble a la propriété d'avoir une grande capacité de gonflement et de former avec l'eau qui entre dans le câble une barrière d'étanchéité imperméable qui bloque l'eau pres de l'endroit où elle est entrée. Ce produit peut âtre d'origine synthétique ou naturelle telle la montmorillonite qui se pré sente sous forme pulvérulente et qui est constituée par des particules feuilletées dont le volume augmente considérablement lorsque 11 eau pénètre entre les feuillets. 2) Moyens pour la mise en oeuvre du procédé suivant 1) comportant: a) un dispositif constitué par un viscosimètre relatif qui permet de mesurer le débit d'un fluide ayant une viscosité de 1000 millipoiseuilles à travers un échantillon de câble. La durée correspondant à l'écoulement d'un volume déterminé de ce fluide constitue une caràctéristique de cheminement des liquides pour le type de câble essayé. b) un dispositif permettant d'apprécier l'effet bouchon obtenu avec les produits à grand pouvoir épaississant ou à grande capacité de gonflement et constitué par un tube de verre dont la partie basse contient l'échantillon dont on peut contraler l'étanchéité et dont la partie haute contient de l'eau : un examen visuel permet de juger facilement les résultats obtenus. c) un procédé de mise en place des produits à grand pouvoir épaississant et à grande capacité de gonflement sous forme pulvérulente est représenté par la figure 4; il- consiste à amener le produit pulvérulent par une tuyère au point d'assemblage des conducteurs et à le maintenir dans l'âme du cable par un rubanage. d) du fait que le polymère soluble dioxyde d'éthylène est une matière thermoplastique, sa mise en place peut entre faite sous forme de rubans, de filaments, de bourrages suivant les techniques connues en cablerie ou bien il peut entre extrudé directement sur le cabale dans les différentes applications le produit peut astre sous forme pleine ou cellulaire, de teinte naturelle ou colorée. 3) Application du procédé suivant 1) à l'aide des moyens décrits en 2) à des cables de télécommunication à paires ou à quartes ca ractérisé par le fait que les vides des câbles sont partiellement remplis avec des poudres ayant une faible permittivité de façon que la capacité électrique des circuits des câbles ne subisse qu'une légère augmentation. 4) Application du procédé suivant 1) à l'aide des moyens décrits en 2) pour rendre étanche des cables électriques constitués par l'assemblage de paire coaxiales ou de câbles constitués par des conducteurs isolés de grosse section destinés à la télécommande. 5) Application du procédé décrit en 1) à l'aide des moyens décrits en 2) pour empêcher le cheminement de l'eau dans l'espace hélicot- dal compris entre l'âme et l'enveloppe métallique ondulée d'un cable. 6) Application des polymères d'oxyde d'éthylène suivant 7d) pour l'isolation des fils ou paires pilote de localisation des cables de télécommunication destinés à capter une entrée d'eau accidentelle dans le câble; l'enveloppe de ces pilotes peut entre obtenue par rubanage ou par extrusion; elle peut entre pleine ou cellulaire, de teinte naturelle ou colorée.