Brevet FR2076148A1 — publié le 19711015

i 2076148 La présente invention est relative à la fabrication de conducteurs électriques à haute tension pourvus d'un isolement en polymères d'éthylène, expression par laquelle on entend des polymères dérivés uniquement de l'éthylène ou des polymères 5 obtenus à partir d'une proportion principale d'éthylène et d'une proportion moindre d'un ou plusieurs comonomères qui n'ont pas d'effets notables sur la résistance à la traction, les propriétés électriques ou la sensibilité aux radiations du polymère. Il est amintenant bien connu que certaines propriétés 10 ' physiques de quelques matières polymérisées, en particulier leur résistance à la traction et leur température de déformation à chaud, peuvent être améliorées lorsqu'elles ont été réticulées par une irradiation à grande énergie, et le brevet britannique n° 766.802 décrit l'application d'une telle irradiation dans la 15 production de fils et de câbles électriques isolés. Ce procédé s'est montré entièrement satisfaisant dans le traitement de fils électriques comportant-un revêtement mince de polyéthylène, mais des difficultés surgissent si l'épaisseur du revêtement est supérieure à 2,5 mm (ce qui correspond à 20 une tension d'utilisation d'environ 6 kV). Quand la matière polymérisée est extrudée sur le conducteur d'un câble, il existe un risque de' formation de vides dans le matériau et de tels vides peuvent conduire finalement à un claquage électrique du câble en cours d'utilisation. Pour empêcher la production de 25 vides ayant des dimensions notables, il est courant de soumettre le câble à -un essai d'induction d'un effet de couronne, et que la tension d'induction d'un effet de couronne (T.I.C.) dépasse une valeur prescrite, qui peut, par exemple être environ le double de la tension de service du câble. (La tension d'induc-30 tion de l'effet de couronne est la tension minimum, existant entre le conducteur du câble et une électrode annulaire qui l'entoure, qui est capable de produire un degré décelable de bruits d'origine électromagnétiquej les valeurs numériques réelles obtenues sont faiblement significatives car elles sont 35 fonction de la structure de l'appareil d'essai, mais on constate généralement que, pour des câbles contenant des vides, on obtient une valeur très faible). Dans le cas de câbles isolés avec une couche de polymère d'éthylène d'une épaisseur de 2,5 mm au plus, qui ont 40 été irradiés en" vue de réticuler la matière polymérisée, avec 71 01346 2 2076148 une dose de radiations comprise entre 20 et 60 Mrad, et qui ont été soumis, peu de temps après, à un essai T.I.C., le taux d'échecs est excessivement élevé. La raison n'en est pas connue, mais elle peut être éventuellement en rapport avec la production, 5 dans le polymère, de'zones localisées ayant une charge électrique élevée à mobilité faible. II. semble possible de pallier, cette difficulté dans une large mesure en stockant l'âme du cable avant l'essai, pendant un laps de temps qui augmente rapidement avec l'épaisseur de la 10 matière isolante et qui est voisin d'un mois pour des épaisseurs dépassant de très peu 2,5 mm; toutefois, cette solution n'est pas satisfaisante au point de vue pratique, car elle augmente les frais de fabrication dans une mesure telle que le procédé entier devient peu économique par comparaison avec un procédé dans lequel 15 on utilise des agents de réticulation chimiques. Une autre possibilité consiste à chauffer le matériau après l'irradiation pendant line période de temps relativement courte, à une température supérieure au point de fusion à l'état cristallin. Ce procédé permet de réduire l'incidence des indica-20 tions erronées d'échecs, mais il est peu satisfaisant parce que la fréquence des vides réels est augmentée, sans doute parce que la réduction de la résistance à la traction aux températures élevées favorise la formation de vides par séparation du gaz dissous formé dans le matériau au cours du procédé d'irradiation. 25 Or, il a été constaté qu'on peut sensiblement résoudre les difficultés décrites et effectuer un essai T.I.C. significatif immédiatement après l'irradiation, dans certaines circonstances, si la période d'irradiation est plus courte que dans la technique antérieure. 50 Conformément à la présente invention, un procédé de fabrication de conducteurs électriques à haute tension consiste à appliquer, sur un conducteur métallique, un revêtement isolant d'un polymère d'éthylène ayant au moins 2,5 mm d'épaisseur et à soumettre le revêtement à une irradiation à grande énergie de 55 manière que ce polymère en absorbe une dose D comprise entre 20 et 60 Mrad, pour une intensité d'irradiation moyenne R telle que R 0,046(D-10)^ en ^rad/sec. Dans la totalité du présent exposé, le terme " dose" signifie la dose moyenne obtenue par intégration sur la totalité du diélectrique. 40 La dose totale est de préférence comprise entre 25 71 01346 5 2076148 et 55 Mrad. Une irradiation avec des électrons à grande énergie, c'est-à-dire des électrons dont l'énergie est d'au moins 0,8 MeV, est préférée. La dose est de préférence appliquée en une seule exposition à des radiations d'intensité uniforme, mais on peut 5 utiliser une intensité non uniforme ou bien la dose peut être accumulée à la suite de plusieurs expositions distinctes; toutefois, dans des cas de ce genre, l'intensité d'irradiation moyenne R, telle que définie par la formule ci-dessus, est toujours égale à la dose D divisée par le temps total depuis le début de la 10 première exposition aux radiations jusqu'à la fin de l'exposition finale, c'est-à-dire y compris les temps morts entre les expositions. Sur le dessin annexé : la figure 1 est un graphique montrant des résultats expéri-15 mentaux qui illustrent l'invention; la figure 2 est un schéma d'un appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Sur la figure 1, qui représente un graphique tracé en portant la dose D, en mégarads, en fonction de l'intensité d'irra-20 diation moyenne R, en mégarads par seconde, chacun des points représente un échantillon distinct. Un cercle indique un échantilUm qui, immédiatement après l'irradiation montre un T.I.C. de 35kV ou plus sur un appareil d'essai particulier; une croix entourée d'un cercle correspond à un échantillon possédant un C.I.V. de 25 35 kV compte tenu des erreurs expérimentales, et une croix simple indique un échantillon ayant un T.I.C. inférieur (en réalité très inférieur) à 35 kV. Tous les échantillons comportaient ion diélectrique de 4mm d'épaisseur d'un polymère dérivé uniquement de l'éthylène. 30 On constatera qu'une, irradiation dans les conditions de traitement correspondant aux points situés au-dessus et à gauche de la courbe de la figure 1 conduit presque toujours à l'échec de l'essai T.I.C., sur la base de ce critère, tandis qu'au-dessous de la courbe et à droite de celle-ci, un échec est 35 exceptionnel, le seul évident dans cette zone (poin^A) est apparaissant avec un échantillon qui ne montre pas de signe de reprise après plusieurs mois et qui semble donc être réellement défectueux. Beaucoup des autres échantillons correspondant à un échec, mais pas tous montrent des signes de reprise après environ un 40 mois. 71 01346 4 2076148 Dans l'intervalle de doses d'un intérêt pratique, à savoir entre 20 et 60 Mrad, la courbe de séparation coïncide, compte tenu des erreurs expérimentales, avec la courbe rectiligne B-B représentant la relation R ^ e 0,046(D-10)^ Cette relation 5 ne varie pas sensiblement dans l'intervalle des épaisseurs de l'isolement qui ont un intérêt pratique (par exemple jusqu'à 25mm). Les portions en traits interrompus de la courbe de la figure 1 sont purement théoriques. La portion C-C est basée sur la supposition que les difficultés décrites auraient une impor-10 tance moindre ou négligeable si le procédé d'irradiation était exécuté pendant un laps de temps relativement long par comparaison avec les temps nécessaires pour que les charges internes disparaissent et pour que le gaz dégagé diffuse hors du matériau isolant; la portion D-D représente le début d'un endommagement direct 15 sous l'action combinée d'une température élevée et d'une pression interne de gaz élevée; il est possible que, comme indiqué, cette courbe tombe au-dessous de 60 Mrad pour des intensités d'irradiation très élevées, mais ceci ne présente d'importance au point de vue pratique, car la gamme des conditions d'irradiation concernées 20 ne peut pas être utilisée étant donné qu'elle entraînerait un investissement de capitaux inutilement élevé. La figure 2 du dessin montre sous forme schématique un appareil convenant pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le câble ou autre conducteur isolé désigné par 1 provient 25 d'une bobine d'alimentation ou sort directement d'un appareil d'extrusion qui applique le revêtement isolant sur ce câble conducteur (appareil qui n'est pas représenté), après quoi le câble ou conducteur, guidé par des dispositifs de guidage 2, traverse les zones d'irradiation de trois accélérateurs d'électrons 30 3, qui sont disposés à des angles de 120° les uns par rapport aux autres, dans le sens de l'axé du câble. Si nécessaire, on peut effectuer une autre passe en utilisant un ou plusieurs autres dispositifs de guidage 4. Lorsque l'irradiation est achevée, le câble peut être renvoyé directement à un poste d'essai T.I.C.5 35 et, de là, à un dispositif d'envidage (non représenté). Bien que des accélérateurs d'électrons à balayage aient été représentés à des fins d'illustration, il est bien entendu que la demanderesse n'entend pas exclure l'utilisation drautres types d'accélérateurs tels que le type à filaments 71 01346 5 2076148 linéaires et le type coaxial; toutefois, la demanderesse ne pense pas qu'on puisse se procurer actuellement des accélérateurs de ces deux derniers types capables de fournir les énergies requises par la présente invention (par exemple 0,8 à 6 MeV). 71 01346 6 2076148 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de conducteurs électriques à haute tension, qui consiste à appliquer, sur un conducteur métallique, un revêtement isolant fait d'un polymère d'éthylène et 5 ayant une épaisseur égale ou supérieure à 2,5mm, puis à soumettre le revêtement à une irradiation à haute énergie pour l'amener à absorber une dose D de radiations comprise entre 20 et 60 Mrad, ce procédé étant caractérisé par le fait que la dose D est appliquée avec une intensité d'irradiation moyenne R, en Mrad/sec, 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite dose de radiations D est comprise entre 25 et 55Mrad. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 15 ou 2, caractérisé par le fait que ladite irradiation consiste en électrons à grande énergie. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les conditions de l'irradiation sont représentées par ion point sur la figure 1 du dessin 20 annexé, au-dessous de la courbe CBDD. 10