Brevet FR2065471A1 — publié le 19710730

La présente invention concerne des câbles isolés de transport d'énergie électrique comportant un diélectrique stratifié constitué de guipages de ruban diélectrique imprégné avec un composé isolant et* plus particulièrement, elle a trait à des 5 câbles sans écoulement d'imprégnant., L'expression "câble sans écoulement" telle qu'elle est utilisée ici se rapporte à un câble qui* lorsqu'il est soumis à des essais d'écoulement spécifiés dans la norme métrique britannique 480 présente un écoulement se situant dans les limites 10 indiquées dans le tableau 3 de cette spécification» L'expression couvre, d'une part, les câbles entièrement imprégnés dans lesquels le diélectrique comporte autant d'imprégnant qu'il est possible, la couche superficielle au moins des rubans étant imprégnée et les espaces d'aboutement ou de déjoints entre les spires et les 15 couches de ruban étant remplis avec un composé ou compound isolant, le but étant de réduire à un minimum la possibilité de l'existence de vides ou poches au sein du diélectrique emprisonné par l'écran diélectrique qui l'entoure et, d'autre part, les câbles pré-imprégnés dans lesquels les espaces d'aboutement ou de déjoints 20 ne sont pas nécessairement remplis avec un composé, mais ladite expression ne couvre pas les câbles à remplissage gazeux qui font l'objet de la demande de brevet déposée cje même jour au nom de la demanderesse pour : perfectionnement aux câbles électriques. Il est difficile de construire un câble sans écoule-25 ment de l'imprégnant dans lequel on évite la possibilité d'une migration du composé d'imprégnation dans toutes les conditions possibles de fonctionnement, y compris des conditions de surcharge, étant donné qu'un tel câble serait par xui-même rigide ou bien la nature du composé serait telle qu'il ne serait pas possible 30 d'atteindre une imprégnation complète telle que définie ci-dessus ou me pré-imprégnât!on satisfaisante» La présente invention a pour objet de réduire la faible migration de composé susceptible de se produire dans les câbles sans écoulement actuellement disponibles sur le marché. 35 Conformément à la présente invention, dans un câble sans écoulement d'imprégnant au moins une partie du diélectrique est constituée par un ou des rubans composites comprenant une pellicule en matière plastique collée à une ou des feuilles de matière isolante fibreuse imprégnée avec le composé isolant. 40 La forme préférée de ruban composite consiste en 70 38199 2 2065471 une pellicule en matière plastique placée en sandwich entre deux couches de matière isolante fibreuse et collée à ces deux couches o La matièr^ibreuse est de préférence du papier, et les couches de papier sont de préférence collées à la pellicule de 5 matière plastique de façon telle que l'on obtient un stratifié précontraint. On forme un tel stratifié en emprisonnant une feuille continue de matière plastique fondue et extrudée, à mesure qu'elle quitte 1'extrudeuse, entre deux feuilles de papier faisant partie du stratifié» 10 Les couches de papier peuvent être chargées avec une matière active du genre décrit dans le brevet britannique n° lo185.474, c'est-à=dire de l'oxyde d'aluminium ou un autre oxyde métallique actif, un oxyde métallique hydraté, un hydroxyde, un carbonate ou un carbonate basique qui possède des propriétés 15 d'adsorption comparables à celles de l'oxyde d'aluminium, cela afin de réduire à un minimum la dégradation des propriétés électriques en raison de la contamination de l'imprégnant par des résidus provenant de la matière plastique» La pellicule en matière plastique esta de préférence, 20 du polyéthylène ou du polypropylène mais, dans une variante, on peut utiliser des polycarbonates, des polysulfones, des polyesters linéaires saturés (par exemple du téréphtalate de polyéthylène) de l'oxyde de polyphénylène, du poly 4-méthylpentène-l, du poly-tétrafluoréthylène, des copolymères éthylène-propylène, des co-25 polymères éthylène propylène fluorés, du polystyrène ou du poly-vinylcarbazole = Quelle que soit la nature du ruban composite, la demanderesse préfère utiliser du papier comme matière fibreuse et, de préférence, un papier plus mince que celui qu'on utilise nor-30 malement pour l'isolation des câbles, c'est-à-dire du papier ayant une épaisseur ne dépassant pas 25 microns, comme un papier Kraft pur de la qualité utilisée dans l'isolation» Le papier pour bobinage ayant une épaisseur de-20 à 25 microns est tin papier préféré. Deux formes de câble sans écoulement sont utilisées 35 actuellement, à savoir, d'une part, le câble du type "solide" imprégné de matière visqueuse ou câble à masse (câble M.I.N.D. dans la technique anglo-saxonne) qui est m câble totalement imprégné que l'on réalise en imprégnant les rubans isolants in situ sur le conducteur du'câble avec un composé qui peut être rendu liquide ou semi-liquide à me température élevée et, d'autre part, 70 38199 3 2065471 le type de câble pré=imprégné que l'on réalise en imprégant les rubans de papier dans une opération séparée avant de les guiper sur le conducteur du câble„ Un avantage supplémentaire de la présente invention 5 réside dans le fait qu'il est possible d'utiliser des composés d'imprégnation du genre utilisé dans les câbles à masse (MoIoNoD») pour fabriquer des câbles au moyen du procédé utilisé normalement pour fabriquer des câbles pré~imprégnés sans écoulement d'imprégnant» Dans le procédé modifié, on peut déposer une quantité 10 excédentaire suffisante du composé pour câble à masse (M„IoN„Do) ou -un composé ayant ton pouvoir glissant (c'est-à-dire un composé •à base de cire conférant un faible coefficient de frottement) sur les surfaces des rubans pré-imprégnés, au moins partiellement pour remplir les espaces d'aboutement ou de déjoints„ Les composés 15 appropriés pour câbles à masse (MoI0NoD„) sont décrits dans les demandes de brevets britanniques n° 5810830, 6980055, 757°395~et 76708360 Dans les câbles sans écoulement du type pré-imprégné comportant des conducteurs toronnés, il est normal de remplir le 20 ou chacun des conducteurs toronnés du câble avec un composé imprégnant mais, dans les câbles de ce type, conformément à la présente invention, quand la totalité du diélectrique est constituée par les rubans composites mentionnés ci-dessus, ou même quand il ne s'agit que de la partie intérieure du diélectrique seulement, il 25 -est possible, dans certaines circonstances, d'omettre le remplissage du conducteur toronné, étant donné que les couches intérieures du ruban composite constitue une barrière contre la migration du composé à partir du diélectrique jusque dans les interstices situés entre les torons du condusteur» 50 De plus, dans les deux types de câbles sans écoulement imprégnant conformes à la présente invention, au lieu d'utiliser une gaine ajustée serrée sur l'écran diélectrique, il est possible d'utiliser une gaine ondulée, cela en raison du fait que le risque de migration du composé dans les espaces compris entre l'âme du 35 câble protégé par un écran et la gaine se trouve réduit à des proportions négligeables„ La pellicule en matière plastique gonfle normalement jusqu'à un certain point par suite de son contact avec le composé imprégnant, et cette augmentation de volume est réglée en partie 40 Par la résistance qu'opposent les rubans de papier à l'allongement. 70 38199 4 2065471 Ce phénomène est d'une grande importance dans les parties extérieures du diélectrique, étant donné que les parties intérieures se trouvent également retenues par les rubans sus-jacents des parties extérieures» Par ailleurs, la présence d'une proportion 5 élevée de matière plastique est des plus avantageuses dans la partie ©entrale du diélectrique où la contrainte électrique est la plus grande„ Il peut, par ©onséquent, être désirable de former le diélectrique au moyen d'un certain nombre de rubans composites différents de sorte que la proportion du diélectrique qui est 10 constituée par la matière plastique diminue à mesure qu'augmente la distance à partir du câble conducteur» Le nombre désirable de couches augmente avec l'épaisseur de la paroi du diélectrique et* par conséquent, avec la tension de travail du câble» Bien qu'il soit habituellement préférable, au moins 15 aux tensions inférieures, que la totalité du diélectrique soit constituée par les rubans composites spécifiés,, il peut être avantageux qu'une partie seulement du diélectrique soit formée de ces rubans, le restant, dans ce cas, étant de préférence formé par des rubans de papier» Ainsi, dans an exemple, le diélectrique peut 20 comprendre, sur la totalité de sa longueur, une partie intérieure en ruban composite et me partie extérieure en papier et, dans m autre exemple, le ruban composite peut être utilisé exclusivement pour rétablir ou reconstituer le diélectrique aux jonctions et aux terminaisons» Il est habituellement préférable d'utiliser le 25 ruban composite dans les jonctions ou les terminaisons chaque fois que la totalité ou me partie du diélectrique initial est constituée par le ruban cemposite, mis les épaisseurs optimales des couches de matière plastique et de papier du ruban composite utilisé dans les jonctions et les terminaisons peuvent différer 30 des épaisseurs optimales des couches correspondantes du câble en raison de la répartition différente des contraintes» Dans me jonction basse tensionr, il peut être désirable d'utiliser m ruban composite qui a été crêpé ou plissé pour augmenter son élasticité afin d'en faciliter l'application 35 à des éléments constitutifs profilés, tels que des viroles, qui peuvent être présents dans la jonction» Bien que, comme indiqué, l'avantage principal obtenu grâce à la présente invention est la réduction de la migration radiale du composé d'imprégnation, m avantage supplémentaire ré-40 slde daùs le fait que l'on peut réduire considérablement l'épais 70 38199 5 2065471 10 seur du diélectrique„ Le pourcentage de réduction obtenu est il-lustré par le tableau suivant qui se réfère à un câble à masse pour une tension de 33 kV comportant un conducteur de 185 nim2 et dont la structure est celle représentée sur le dessin annexé où la figo 1 est une élévation avee arraché du câble de la présente invention et la fig„ 2 est me coupe transversale de ce câble„ Sur ces figures* la référence 1 désigne m conducteur* les références 2 et 4 désignent des écrans semiconducteurs* la référence 3 désigne le diélectrique* la référencé 5 se rapporte à m liant fixant ensemble les âmes* la référence 6 désigne, me gaine métallique et la référence 7 se rapporte à me gaine protectrice sus-jacente en matière plastique„ 25 30 Epaisseur de la paroi isolante (en mm) % de réduction sur l'épaisseur totale de la paroi $ de la paroi diélectrique constituée par le stratifié 15 Total Stratifié Papier 6*8 0 6*8 0 0 6*2 1,4 4*8 9 22 20 5,6 3,1 2*5 18 55 5,2 5,2 0 24 100 Un autre avantage des câbles conformes à la présente invention réside dans le fait que le coefficient de dilatation thermique du ruban composite guipé diffère moins de celui de l'imprégnant que dans le cas du ruban classique en papier» En d'autres termes* quand le câble chauffe» la tendance de l'imprégnant à être expulsé du diélectrique par compression est moindre„ L'utilisation d'un ruban composite réduit ainsi la perte d'imprégnant due à me inadaptation des coefficients de dilatation ainsi qu'à un écoulement sous l'effet de la pesanteur» 70 38199 6 2065471 REVENDICATIONS 1. Câble du type sans écoulement d'imprégnant comprenant au moins un conducteur métallique entouré par un diélectrique stratifié imprégné avec un composé d'imprégnation ne s'é-5 coulant pas^, le câble susvisé étant caractérisé par le fait que le diélectrique est constitué au moins en partie par un ou plusieurs rubans composites comprenant une pellicule en matière plastique collée à une ou plusieurs feuilles de matière isolante fibreuse » 10 2. Câble du type sans écoulement d'imprégnant suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le ruban composite précité ou chacun desdits rubans est constitué par une pellicule en matière plastique placée en sandwich entre deux feuilles de matières fibreuses isolante imprégnée avec un composé d'impré-15 gnation ne s'écoulant pas*, cette pellicule de matière plastique étant collée à ces deux feuilles» 3» Câble du type sans écoulement d'imprégnant sui- ' vant la revendication 2, caractérisé par le fait que le ruban composite précité ou chacun desdits rubans composites est un strg.-20 ti'fié à l'état précontraint» 4» câble suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la matière isolante fibreuse précitée est du papier» 5» Câble suivant la revendication 4, caractérisé 25 par le fait que le papier est vin papier Kraft pur de la qualité utilisée pour l'isolation» 6„ Câble suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5a caractérisé par le fait qu'au moins l'une des couches de papier d'un ruban composite est chargée avec de l'oxyde d'alumi-30 nium actif ou avec un autre oxyde métallique actif, un oxjfde métallique hydraté, tin hydroxyde, un carbonate ou un carbonate basique qui possède un pouvoir d'adsorption comparable à celui de l'oxyde d'aluminium» 7° Câble suivant l'une quelconque des revendications 35 précédentes, comprenant un écran conducteur ou un écran diélectrique ou ces deux sortes d'écran et caractérisé par le fait que l'écran précité ou chacun desdits écrans est formé par au moins une couche d'un ruban stratifié similaire à celui utilisé pour former la totalité ou une' partie du diélectrique convenablement 40 métallisé et/ou chargé avec une matière conductrice» 70 38199 7 2065471 8o Câble suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le diélectrique comprend au moins deux rubans composites différents de façon telle que la proportion du diélectrique qui est constituée par la 5 matière plastique diminue à mesure qu'augmente Ig&istance à partir du conducteur du câble» 9» Câble suivant l'une quelconque des revendications précédentes et dans lequel le conducteur est un conducteur toron-né et que le ruban composite constitue au moins la partie inté-10 rieure du diélectrique sur la totalité de la longueur du eâble, ce câble étant caractérisé par le fait que les interstices du conducteur sont exempts de composé d'imprégnation» 10» Câble suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que sa gaine est ondulée» 15 11» Câble suivant l'une quelconque des revendica tions précédentes, caractérisé par le fait que la partie du diélectrique qui est constituée par le ruban composite comprend une partie du diélectrique qui a été reconstituée ou rétablie lors de la réalisation d'une jonction ou d'une terminaison» 20 12» Câble suivant la revendication 11 pour basse tension, caractérisé par le fait que le ruban composite à la jonction ou à la terminaison est crêpé ou plissé» 13» Procédé pour fabriquer un câble du type sans écoulement d'imprégnant suivant l'une quelconque des revendica-25 tions précédentes, caractérisé par le fait que l'on colle à une pellicule en matière plastique une ou des feuilles de matière isolante fibreuse, que l'on imprègne au préalable la matière isolante fibreuse avec un composé d'imprégnation ne s'écoulant pas et que l'on forme sur les surfaces des rubans ion revêtement de 30 composé en excès ne s'écoulant pas ou d'un composé ayant un pouvoir glissant, et enfin que l'on applique le ruban pré-impré-gné et revêtu directement ou indirectement sur le conducteur du câble » 14» Procédé suivant la revendication*13, caractérisé 35 par le fait que la pellicule de matière plastique est placée en sandwich entre deux feuilles de matière isolante fibreuse à mesure qu'elle est extrudée, de façon à former un stratifié à l'état précontraint»