Brevet FR2129970A1 — publié le 19721103

La présente invention concerne les câbles à haute tension. Elle a pour objet un câble électrique permettant le transport de puissances très élevées pouvant atteindre plusieurs milliers de MVA. Les techniques récentes développées dans le domaine des câbles à grande puissance péuvent se classer en deux grandes catégories - les câbles classiques dans lesquels l'isolation électrique est assurée par un isolant solide tel que le papier imprégné d'huile entourant le conducteur et qui peuvent être à refroidissement forcé interne ou'externe . ces types de cables conviennent mal au transport d'une tres grande puissance, car leurs dimensions sont limitées par les possibilités de fabrication ou d'enroulement sur bobines. - les câbles en tuyau à isolation à l'hexafluorure de soufre, dont les dimensions ne sont pas soumises aux mêmes limitations. La présente invention a pour but de réaliser un câble à haute tension, du type des câbles en tuyau, qui présente à la fois une rigidité diélectrique améliorée et la possibilité d'un refroidissement forcé particulièrement efficace. La présente invention a pour objet un câble électrique à haute tension pour le transport de grandes puissances, comprenant au moins un tuyau métallique, un conducteur maintenu dans chaque tuyau, des moyens d'isolation électrique dudit conducteur et des moyens de refroidissement dudit conducteur, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'isolation électrique et lesdits moyens de refroidissement sont constitués par un liquide diélectrique circulant au moins dans l'espace compris entre ledit conducteur et le tuyau. D'autres caractéristiques et les avantages de la présente invention appa rairont au cours de la description de modes de réalisation donnés à titre d'exemple et représentés dans le dessin ci-annexé dans lequel - les figures 1 et 2 sont des vues en coupe longitudinale de deux formes possibles de réalisation d'un câble électrique en tuyau pour haute tension. - la figure 3 représente une liaison par câbles pour le transport de courant alternatif haute tension conformes al'une des figures 1 et 2. Les câbles électriques représentés sur les figures 1 et 2 sont constitués par un conducteur 1 centré dans un tuyau métallique 2 au moyen d'entretoises en matériau isolant électriquement. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, les entretoises assurant le centrage du conducteur 1 dans le tuyau métallique 2 sont constituées par des disques 3 largement ajourés par des perforations telles que 4. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, les entretoises assurant le centrage du conducteur 1 sont constituées par au moins une bande 5 déformée en hélice à long pas et dont les bords sont en contact avec le conducteur et le tuyau métallique 2 , les bandes sont ici au nombre de deux. Dans ces deux modes de réalisation, le tuyau métallique 2 est rempli par un liquide diélectrique, constitué avantageusement par une huile minérale ou synthétique, dans lequel baigne le conducteur 1 en vue d'assurer l'isolation électrique et le refroidissement de celui-ci. Le câble électrique est muni de moyens assurant en circuit fermé une circulation forcée de l'huile dans l'espace 6 délimité par le tuyau 2 et le conducteur 1. Un mode de réalisation de ces moyens est représenté sur la figure 3. Sur la figure 3, chaque conducteur de phase 7, 8, 9 est du type de celui représenté dans l'une des figures 1 et 2 ; seul le tuyau extérieur 2 de chaque conducteur a été représenté. A une extrémité de cette liaison triphasée, une canalisation extérieure 10 relie l'un des tuyaux aux deux autres à a l'autre extrémité les trois tuyaux communiquent entre eux. Dans le circuit de la canalisation 10 sont disposés en série une pompe 12 assurant la circulation forcée de l'huile dans ledit circuit, un échangeur de chaleur 13 pour refroidir ladite huile et avantageusement un filtre 14 assurant une épuration permanente de cette huile de manière à lui conserver de faibles pertes diélectriques.En outre, la canalisation 10 communique avec un réservoir ou une station de pressurisation d'huile 15 afin d'absorber les variations possibles de volumes résultant des variations de température. Avantageusement, comme schématisé par des flèches sur la figure 3, la circulation forcée d'huile est faite en utilisant le tuyau central 8 comme circuit aller, tandis que les tuyaux extérieurs 7 et 9 sont utilisés comme circuit de retour. Les entretoises telles que 3 (figure 1) ou telles que 5 (figure 2), disposées dans l'espace 6 pour le maintien et le centrage du conducteur 1, sont agencées pour laisser facilement circuler l'huile autour du conducteur 1. Cette disposition, permettant un fort débit d'huile étant donné la grande section de passage offerte à celle-ci, assure un refroidissement forcé tres efficace du câble, grâce à l'échangeur de chaleur 13 inséré'dans le circuit fermé de circulation d'huile (figure 3). Selon une variante de réalisation, non représentée, le conducteur métallique 1 est constitué par un tube. Dans ce cas, on peut constituer pour chaque tube un circuit de refroidissement distinct, l'aller s'effectuant par l'espace annulaire entourant le conducteur et le retour par l'intérieur du conducteur. Le cabale électrique selon l'invention permet d'obtenir, par rapport au câble en tuyau à isolation à l'hexafluorure de soufre (SF6; des améliorations notables, notamment 10 Du point de vue de la tenue aux surtensions. Bien que la rigidité de l'huile à la fréquence industrielle ne soit pas meilleure que celle du SF6, il n'en est pas de meme lors des surtensions transitoires. Le facteur d'impulsion (rapport entre la rigidité au choc et la rigidité en courant alternatif), qui est voisin de l'unité pour des gaz, est de l'ordre de 2 pour huile. Etant donné que le dimensionnement des câbles en tuyau est déterminé actuellement par le niveau de tenue aux surtensions de service, le câble en tuyau à huile permet d'augmenter notablement le gradient de service. 2" Du point de vue de la déformation du champ au voisinage des entretoises. Cette déformation du champ est fonction du rapport entre la constante diélectrique du matériau constituant les entretoises et celle du fluide d'isolation. Dans le cas où ce fluide est du SF6, ce rapport est supérieur à 2. Dans le cas du cable suivant 1 invention, dont le fluide est de l'huile, ce rapport peut être voisin de l'unité ; de toute façon, ce rapport sera toujours environ deux fois plus faible que dans le cas de l'isolation au SF6. Il en résulte une plus grande liberté de conception des entretoises, qui peuvent être percées de trous sans trop augmenter la déformation du champ électrique. 30 Du point de vue de la possibilité de refroidissement forcé. Dans un câble en tuyau, au fait de sa faible résistance thermique interne, la température du conducteur est voisine de celle de la gaine extérieure. Mais la température admissible par celle-ci est limitée par le dessèchement du sol. On aura donc souvent intéret à utiliser un refroidissement forcé. Le câble suivant l'invention permet de réaliser facilement un tel refroidissement très efficace. En effet, l'huile d'isolation est utilisée comme fluide de refroidissement, ce qui permet de refroidir simultanément le conducteur et le tuyau. Le débit pourra être important étant donné la grande section du tuyau et l'emploi d'entretoises largement ajourées. Cette possibilité de refroidissement est meilleure que dans les câbles classiques, car le refroidissement porte simultanément sur le conducteur et sa gaine. D'autre part, ce refroidissement est bien supérieur à celui qui pourrait être effectué avec le SF6 du câble en tuyau normal car l'évacuation de la chaleur est réalisée plus efficacement par l'huile. La présente invention a été décrite en regard de modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple. Il est évident que, sans sortir de son cadre, on peut y apporter des modifications de détail et/ou remplacer certains éléments par d'autres techniquement équivalents. REVENDICATIONS il - Céble électrique a haute tension pour le transport de grandes puissances, comprenant au moins un tuyau métallique, un conducteur maintenu dans chaque tuyau, des moyens d'isolation électrique dudit conducteur et des moyens de refroidissement dudit conducteur, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'isolation électrique et lesdits moyens de refroidissement sont constitués par un liquide diélectrique circulant au moins dans l'espace compris entre ledit conducteur et le tuyau. 2/ - Câble électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit liquide diélectrique est une huile minérale. 3/ - Cable électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit liquide diélectrique est une huile synthétique. 4/ - Câble électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le conducteur est maintenu dans le tuyau au moyen d'entretoises comportant des orifices de grande section. 5/ - Cable électrique selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdites entretoises sont en matériau ayant une constante diélectrique voisine de celle de l'huile utilisée. 6/ - Liaison par câbles électriques selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que les tuyaux sont insérés dans un circuit fermé de circulation d'huile comportant une pompe et un échangeur de chaleur. 7/ - Liaison par câbles électriques selon la revendication 6, comprenant trois conducteurs pour le transport de courant triphasé, caractérisée par le fait que dans ledit circuit fermé, l'huile circule à l'aller dans l'un des tuyaux central et au retour dans les deux autres. 8/ - Liaison par câbles électriques selon la revendication 6, caractérisée par le fait que, dans le cas où les conducteurs sont tubulaires, la circulation d'huile dans chaque câble à l'aller dans 1 espace annulaire autour du conducteur et au retour par l'intérieur dudit conducteur. 9/ - Liaison par câbles électriques selon l'une des revendications 6, 7, 8, caractérisée par le fait que le circuit de circulation d'huile comporte un filtre assurant son épuration permanente. 10/ - Liaison par câbles électriques selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée par le fait que le circuit de circulation d'huile est relié à des moyens de maintien sous pression.