Brevet FR2065473A1 — publié le 19710730

i 2065473 La présente invention concerne, des câbles électriques pour haute tension du genre comportant un diélectrique stratifié constitué par des guipages de ruban isolant imprégné avec un liquide isolant que renferme une gaine métallique ayant une souples-5 se suffisante pour permettre au câble d'être enroulé sur un toureto Un tel diélectrique stratifié est constitué, le plus couramment, par des guipages de ruban de papier bien que l'on ait proposé d'utiliser une pellicule de matière plastique seule ou intercalée dans du papier et;, dans la demande de brevet britannique n° 894 Un inconvénient que présents l'utilisation d'une pellicule en matière plastique dans un diélectrique stratifié imprégné^ soit-15 seule,, soit intercalée dans du papier9 réside dans le fait qu'il devient plus difficile de faire sécher et d'imprégner le diélectrique stratifiés et un autre inconvénient que présente l'utilisation d'une pellicule de matière plastique seule^rovient de ce que l'ionisation dans les espaces d'aboutefiient ou/cTejoints peut directement 20 détériorer la matière plastique formant les délimitations de ces espaces, ce qui conduit à un claquage électrique prématuré» Les avantages que présente l'utilisation d'une combinaison de matière plastique et de papier résident dans le fait que, par rapport au papier imprégné9 on peut augmenter la résistance aux 25 impulsions ou pointes de courant , on peut abaisser la constante diélectrique9 par exemple de 3^4 à 2,6 •= 2,8,, on peut diminuer le facteur de puissance, par exemple de 0,002 à 0,001 ou une valeur inférieure, et dans certains cas, on peut augmenter la conductibilité thermique de la paroi diélectrique» 30 Dans le brevet britannique n° 1 057 744? on a décrit un procédé pour remédier à la difficulté que présente le séchage et l'imprégnation d'un diélectrique stratifié constitué par des rubans composites constitués d'une pellicule de polyoléfine et de papier cellulosique, ce procédé consistant à perforer la pellicule 35 en matière plastique avant de l'associer à du papier pour former un sandwich comprenant une pellicule de matière plastique sur les deux faces de laquelle adhère du papier« La présente invention est basée sur la découverte que, grâce à un choix judicieux de l'imprégnant et du papier, il est 40 possible de fabriquer un câble haute tension du genre précité, de 70 38201 2 2065473 manière qu'une partie ou la totalité de son diélectrique soit constituée par des rubans de papier imprégné adhérant à une pellicule de matière plastique non perforée et possédant de meilleures propriétés électriques et/ou des dimensions plus petites que dans 5 le cas d'un câble similaire dont la totalité du diélectrique est constituée par du papier imprégné., Le câble conforme à la préseate invention est un câble à remplissage d"huile, c'est-à-dire un câble comportant tua imprégnant mobile» de faible viscosités, qui est maintenu à une pression 10 supérieure à la pression atmosphérique, et le diélectrique stratifié du câble est constitué au moins en partie de rubans comprenant une pellicule en matière plastique non perforée sur chacune des faces de laquelle est collé un mince ruban de papier cellulosique de faible densité et de grande imperméabilité<> Les rubans de pa~ 15 pier et la pellicule en matière plastique sont, de préférence, ocllés ensemblep de manière à former un stratifié précontraint, c'est-à-dire un stratifié que l'on forme en emprisonnant une feuille continue de matière plastique fondue extradée, à mesure qu'elle quitte 1'extrudeuse, entre deux feuilles de papier faisant partie 20 du stratifiéo L'expression "faible viscosité" s'applique à un im~ prégnant ayant une viscosité inférieure à 57 centistokes à 20°0 et 11 centistokes à 60°C ety de préférence, une viscosité inférieure à 25 centistokes à 20°Co 25 L'expression "faible densité" s'applique à un papier ayant une masse volumique inférieure à 0,8 et, de préférence, inférieure à 0,75 g/cm 0 L'expression 3timperméabilité élevée" s'applique à un papier ayant une imperméabilité comparable ou supérieure à cel-30 le de celui utilisé normalement dans les câbles à remplissage d'huile9 et, de préférence, se situant dans la partie supérieure de la gamme, par exemple 10o000 secondes Gurleys voire plus. Par "papier cellulosique1" on entend un papier constitué quasi entièrement de fibres cellulosiques. Le papier préféré est un papier non calandré, de la qualité utilisée en électricité, ayant une longueur de fibre in~ •Z termédiaire @t -une masse volumique .de 0,7 g/cm et une imperméabilité G-urley supérieure à 10 000 secondes 70 38201 3 2065473 pureté chimique que présentent normalement les papiers minces pour condensateur0 On peut charger les couches de papier avec une matière active du genre décrit dans le brevet anglais N° 1185474s 5 c1est-à-dire de l'oxyde d'aluminium ou un autre oxyde métallique actifo un oxyde métallique hydratés un hydroxyde, un carbonate ou un carbonate basique qui possède des propriétés d'adsorption comparables à celles de l'oxyde d1aluminium afin de réduire à un TTnn-inrnm la détérioration des propriétés électriques en raison de 10 la contamination de l'imprégnant par des résidus en provenance de la matière plastique® la pellicule en matière plastique este, de préférence, du polyéthylène ou du polypropylène mais, dans une variantev on peut utiliser des polyearbonates, des polysulphones9 des polyesters 15 linéaires saturés (par exemple du téréphtalate de polyéthylène)„ de l'oxyde de polyphénylènet du poly 4-méth.ylpentène=l5 du poly-tétrafluoroéthylènes des copolymères éthylène-propylènes des copo-lymères éthylène-propylène fluorés, du polyfluorostyrène ou du polyvinylearbazole. l'imprégnant est de préférence une huile 20 classique pour câble à remplissage d'huile,, Quand la matière plastique est du type dont on peut améliorer les propriétés physiques par un traitement avec des radiations sous énergie élevée, on peut effectuer l'irradiation après son association sous forme d'un stratifié avec le papier0 25 II y a tout lieu de croire que les stratifiés pré contraints définis ci-avant ont s avec les imprégnants de faible viscosité, une compatibilité supérieure à celle des stratifiés réalisés au moyen d'autres procédés» la pellicule en matière plastique gonfle normale-30 ment jusqu'à un certain point par absorption d'huile et cette augmentation de volume est réglée en partie par la résistance qu'offrent les rubans de papier à l'allongement» Ce phénomène a une grande importance dans les parties extérieures du diélectrique j, étant donné que les parties intérieures se trouvent retenues 55 également par les rubans sus-jacents des parties extérieures. Par ailleurs, la présence d'une proportion élevée de matière plastique est des plus avantageuse . dans la partie centrale du diélectrique où la contrainte électrique est la plus élevée. Dans la plupart des cass il est par conséquent avantageux de former le ^ diélectrique au moyen d'un certain nombre de rubans composites 70 38201 4 2065473 différents;, de façon que la proportion du diélectrique qui est constituée par la matière plastique diminue à mesure que la distance augmente à partir du conducteur du câble „ Le nombre de couch.es désirable augmente avec l'épaisseur de la paroi diélectrique et„ 5 par conséquents avec la tension de fonctionnement du câble„ Par exemple9 si on utilise du polypropylène comme matière plastique et une huile normale pour câbles ayant une faible viscosité comme imprégnant, si l'épaisseur de la paroi diélectrique est de 10 mm8 deux couches conviendronts et si l'épaisseur de la paroi diélec-10 trique est de 25 nimj, trois couches peuvent être désirables. On a constatés de façon inattendue^ que l'angle de perte du diélectrique complet varie avec l-8 épaisseur des rubans individuels bien que la proportion, -de" înatière plastique demeure constante o De ce faitp dans le cas d'un diélectrique constitué par des 15 bandes dont chacune comprend une pellicule de polypropylène à chacune des faces de laquelle est collée une feuille de papier ayant la moitié de l'épaisseur de cette pellicule et imprégnée aveo une huile classique pour câbles à remplissage d'huile (ayant une viscosité comprise dans la gamme de 12s5 - 15 centistokes 20 à 20°C)j, le facteur de puissance à 85°0 atteint 0,0007 si l'épaisseur totale de chaque ruban est 100/a mais n'atteint seulement que 0S0005 si cette épaisseur totale est 160/a. Il peut, par conséquents être souhaitable d'utiliser les rubans composites les plus épais que permettent les considérations mécaniques. 25 Bien qu'il soit habituellement préférable, au moins aux tensions inférieures, que le diélectrique complet soit constitué par les rubans composites spécifiés, il peut être avantageux qu'une partie seulement du diélectrique soit formée de ces rubans, le restants dans ce cas, étant formé de préférence, par des rubans 30 de papiero Ainsi, dans un exemples le diélectrique peut comprendre sur la totalité de sa longueur une partie intérieure constituée par le ruban composite et une partie extérieure constituée par du papiers dans un autre exemple, on peut, utiliser le ruban composite seulement pour reconstituer le diélectrique aux jonctions et 35 aux terminaisons« Il est habituellement préférable d'utiliser le ruban composite dans les jonctions ou les terminaisons chaque fois que la totalité ou une partie du diélectrique initial est constituée par la bande composite, mais les épaisseurs optimales des couches de matière plastique et de papier du ruban composite 40 utilisé dans les jonctions et les terminaisons peuvent différer 70 38201 5 2065473 des épaisseurs optimales des couches correspondantes dans le câble, cela en raison de la répartition différente des contraintes„ L'écran conducteur et/ou l'écran diélectrique des câbles selon la présente invention sontP de préférence;, formés par une 5 ou plusieurs couches de ruban stratifié similaire à celui utilisé pour former la totalité ou une partie du diélectrique métallisé de façon appropriée et/ou chargé avec du carbone ou une autre matière conductrice,, De préférence,, toutes les trois couches du stratifié sont chargées avec une matière conductrices mais dans certains 10 cas s par exemple pour la couche extérieure d'un écran conducteur eu la couche intérieure d'un écran diélectriques on peut utiliser un stratifié triple avec une seule couche de papier non chargée, c'est-à-dire les couches de papier contiguës au diélectrique. Le papier non chargé de matière conductrice est, de préférence, char-15 gé d'oxyde d'aluminium ou d'une autre matière active du genre mentionné dans les demandes de brevet françaises déposées ce même jour au nom de la demanderesse respectivement pour "Câbles électriques perfectionnés™ et "Perfectionnements aux câbles électriques" On va illustrer davantage la présente invention au 20 moyen des exemples suivants de câbles à remplissage d'huile et à une seule âme du type représenté sur la figure unique du dessin annexé o Sur la figures la référence 1*désigne une hélice de ruban d'acier délimitant un canal central d'huile à l'intérieur 25 du conducteur métallique 2o Sur le conducteur est appliqué un écran conducteur 3, un écran diélectrique 4P qui sera décrit plus en détail ci-dessous» et un écran diélectrique 5s les écrans 3 et 5 étant formés de rubans métallisés ou de rubans chargés avec une matière conductrice comme déjà exposéo Le câble est complété par 30 une gaine de plomb 6, un ruban de bronze ou autre renforcement 7 résistant à la pression et une gaine sus-jacente 8 en matière plastique » Dans le premier exemple qui est relatif à un câble pour une tension de 132 kVs l'épaisseur radiale du diélectrique 4 35 est de 5S5 mm, ce qui correspond à une contrainte nominale de 16 MY/m, la totalité du diélectrique est constituée par des rubans composites comprenant une couche de polypropylène de 50/a d'épaisseur placée en sandwich entre deux couches de papier ayant chacune une épaisseur de 25/u0 40 Dans le second exemple, qui est relatif à un câble 70 38201 6 2065473 pour une tension de 220 kV, le diélectrique est constitué par trois parties concentriques dont chacune a une épaisseur radiale d®environ 3,5 mm, chaque partie étant formée par des rubans composites comprenant une couche de polypropylène placée ©n sandwich entre 5 deux couches de papier» Dans les rubans de la partie intérieureg la couche de polypropylène a une épaisseur de 80 fx et chaque couche de papier a une épaisseur de 10/uj dans les rubans de la partie intermédiaire, la couche de polypropylène a une épaisseur de 50/a. et chaque couche de papier a une épaisseur de 25 et dans les 10 rubans de la partie extérieure, la couche de polypropylène n'a que 20p. d'épaisseur et chaque couche de papier a 40p. d5épaisseur0 Dans le troisième exemple, qui est relatif à un câble pour une tension de 400 kV9 le diélectrique comprend quatre parties concentriques dont chacune a une épaisseur radiale d'environ 6,25 13 mm» Les trois parties intérieures sont formées chacune par un ruban composite dans lequel les couches centrales de polypropylène ont des épaisseurs respectives de 60, 40 et 20/u en commençant par la couche située le plus à l'intérieur, et les couches de papier ont des épaisseurs respectives de 20, 40 et 75 /u Dans chacun des trois exemples, le papier utilisé dans le ruban composite est le papier préféré non calandré, de la qualité utilisée en électricité, mentionné précédemment, et on soumet à 25 une précontrainte le ruban composite de la façon décrite ci=avant o L'imprégnant, dans chaque cas, est une huile elassique à base de pétrole pour câble à remplissage d'huile ayant une viscosité de 12,5-=15 centistokes à 20°Co t 70 38201 7 2065473 REVENDICATIONS 1. Câble électrique comprenant un conducteur métalliques, un diélectrique stratifié entourant le conducteur et imprégné avec un liquide isolant maintenu sous une pression élevée et une gaine principale étanche au fluide, le câble susvisé étant caractérisé 5 par l'association d'un diélectrique constitué au moins en partie par des rubans composites comprenant une pellicule en matière plastique non perforée sur les faces de laquelle est collé un mince ruban de papier cellulosique de masse volumique inférieure à 0,8 g/cm3 et de perméabilité élevée avec un imprégnant mobile ayant une vis-10 cosité inférieure à 57 centistokes à 20°C et inférieure à 11 centistokes à 60°C. 2. Câble électrique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le diélectrique stratifié comprend au moins deux rubans composites différents de façon telle que la proportion du 15 diélectrique qui est constituée par la matière plastique diminue à mesure qu'augmente la distance à partir du câble. 3. Câble suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le ruban de papier précité est un papier non calandré, de la qualité utilisée-en électricité, compor- 20 tant une longueur de fibre intermédiaire et ayant une masse volumique sensiblement égale à 0,7 g par cm^ et une imperméabilité Gurley supérieure à 10o000 secondes,, 4o Câble suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la viscosité de l'imprégnant 25 mobile est inférieure à 25 centistokes à 20°Co 5o Câble suivant l'une quelconque des revendications pré-cédentes, caractérisé par le fait que la masse volumique du papier est inférieure à 0,75 g par cm. 6» Câble suivant l'une quelconque des revendications pré-30 cédentes, caractérisé par le fait que les rubans composites précités sont constitués par un stratifié précontraint. 7. Câble suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au moins l'une des couches de avec papier de chacun de certains rubans au moins est chargée/de l'oxyde 35 d'aluminium actif ou avec un autre oxyde métallique actif, un oxyde métallique hydraté, un hydroxyde, un carbonate ou un carbonate basique ayant des propriétés d'adsorption comparable à celles de l'cxy-de d'aluminium. 8. Câble suivant l'une quelconque des revendications précé 70 38201 8 2065473 dentes comprenant un écran conducteur ou un écran diélectrique ou ces deux écrans à la fois, ce câble étant caractérisé par le fait que ledit écran ou chacun desdits écrans est formé par au moins une couche de ruban stratifié similaire à celui utilisé pour fermer la 5 totalité ou une partie du diélectrique métallisé de façon appropriée et/ou chargé par une matière conductrice. 9o Procédé pour fabriquer un câble selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on utilise une matière plastique d'un type dont les propriétés physiques peuvent être amé-10 liorées par traitement au moyen de radiations sous énergie élevé?, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'on irradie la couche de matière plastique après son association avec le papier sous la forme d'un stratifié.