Brevet FR2180474A1 — publié le 19731130

La présente invention se rapporte aux extrémités de câbles électriques à champ radial moyer;*e tension, et elle concerne plus particulièrement un procédé pour la confection de telles extrémités qui, d'une part, en simplifie la réalisation, et d'autre part assure une sécurité d'exploitation accrue en éliminant le risque de formation d'effluves, ceci grtce à une répartition uniforme du champ électrique le long de l'isolation du câble. Les câbles électriques du type précité comprennent habituellement une âme conductrice, une enveloppe isolante de préférence en matière plastique ou rétille'e, un écran équipotentiel que l'on arrête à une certaine distance de l'extrémité du câble et qui laisse ainsi apparaître à nu l'enveloppe isolante sur une longueur déterminée en fonction de la tension de service et du mode d'exploitation envisagé, et éventuellement un écran métallique de protection lui-mEme recouvert par une gaine extérieure. Afin d'éviter la formatior d'effluves aux extrémités de cibles et leurs conséquences fâcheuses en exploitation, on se préoccupe depuis longtemps d'uniformiser autant que possible la répartition du champ électrique entre l'âme conductrice et l'arrêt de l'écran équipotentiel. I1 importe, en particulier, de combattre la tendance du champ à se concentrer au voisinage de l'arrêt de l'écran du fait de la brusque interruption de l'enveloppe équipotentielle qui en résulte. Une technique relativement ancienne consiste à prolonger l'écran équipotentiel par un déflecteur de champ qui, en s'éloignant progressivement de l'enveloppe isolante, atténue ainsi l'effet de la rupture de continuité de l'enveloppe équipotentielle. Pour ce faire, on épaissit localement l'enveloppe isolante à partir de l'arrêt de l'écran, soit par rubanage, soit par mise en place d'un support moulé en caoutchouc synthétique, et l'on recouvre cette surépaisseur isolante de forme générale- ment conique d'une couche conductrice, soit métallique, soit en caoutchouc conducteur, qui est mise en contact ae '.'écran équipotentiel et en constitue en quelque sorte un épa.louisseeent. Ce procédé ne résout qu'imparfaitement le problème posé, et et présente en outre l'inconvénient élect@@@@@@ @@@@@brement de l'extrémité du câble et de requér@@@@@ spécia- -lisée pour son exécution. Plus récemment, est apparueune nove technique fondée sur l'emploi de certairies substances semi-conductrices dont a résistivité aie en raison inverse de 1 tension appli que, On renonce p ce ces à l'emploi de déflecteurs de champ et l'on se contente de recouvrir l'extrémité de ltécran équipotentiel ainsi qu'une partie adjacente de la suTtce de l'enve- loppe isolante du câble au moyen d'une telle substance semiconductrice, préalablement pulvérisée et incorporée sous cette forme à un ruban de caoutchouc synthétique.Minimale au voisinage de l'arrêt de l'écran où s'accumulent les courants élémentaires capacitifs et résistifs qui cheminent entre l'âme du cable et la couche semi-conductrice, la résistivite-. de tette der nBre croît régulièrement en direction de son extrémité 9 ce qui permet d'uniformiser le gradient de potentiel 'e long de la surface de l'enveloppe isolante et d'éviter ainsi des concentra- tions de champ indésirables.L'inconvénient de cette méthode tient d'une part à la difficulté d'obtenir un contact intime et durable entre les spires du ruban chargé de substance semi-conduc- trice et la surface de l'enveloppe isolante du câble, et d'autre part à l'impossibilité de fait de réaliser une concentra- tion optimale de la substance semi-conductrice au voisinage immédiat de cette surface, ladite substance étant dispersée dans l'épaisseur du ruban et son taux de concentration y étant de toute façon limité par des impératifs de tenue mécanique. La présente invention propose un mode différent de mise en oeuvre du principe général qui vint dêtrerappelé cidessus, grâce auquel sont garantis à la fois un contact intime et durable entre la couche de matière semi-conductrice et l'enveloppe isolante, et une concentration accrue de cette ma trière au voisinage de la surface de l'enveloppe. Ce mode de mise en oeuvre offre de surcroît l'avantage d'une grande simplicité d'exécution et d'un gain de temps appréciable. Selon une de ses caractéristiques essentielles, l'invention prévoit l'application, sur la surface de l'extrémité de l'écran équipotentiel ainsi que sur une certaine longueur de la surface dénudée de l'enveloppe isolante, d'une couche semi-conductrice relativement dense et réalisée de préférence sous forme de pâte, cette couche étant elle-même recouverte par une gaine qui la maintient en contact intime avec lesdites surfaces. Selon une autre caractéristique de l'invention, la pâte employée pour la réalisation de la couche semi-conductrice consiste en un mélange de carbure de silicium en poudre présentant de préférence une granulométrie supérieure à 240 et d'une graisse ou huile isolante par exemple de la famille des silicones. Selon une autre caractéristique encore de l'invention, la gaine recouvrant la couche semi-conductrice est une gaine thermorétractable réalisée par exemple en un polyéthylène irradié à fort coefficient de rétreint. I1 suffit alors, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, d'appliquer la pate semi-conductrice sur la paroi intérieure d'un élément de gaine thermorétractable de diamètre sensiblement supérieur à celui de l'écran équipotentiel et de longueur suffisante pour recouvrir à la fois la partie apparente de ce dernier et une longueur prédéterminée de l'enveloppe isolante dénudée, de mettre en place et de maintenir provisoirement en position ladite gaine sur l'extrémité lu câble, et enfin de provoquer le rétreint de cette gaine par application localisée de chaleur, par exemple au moyen d'un générateur portatif d'air chaud ou encore d'un petit chalumeau à gaz. La pâte semi-conductrice est ainsi énergiquement comprimée sur la surface de l'enveloppe isolante, et l'opération peut être menée à bien en peu de temps sans recours à une main d'oeuvre spécialisée. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront aisément compris à la lecture de la description suivante d'un exemple de mis en oeuvre, donnée avec référence à l'unique figure du dessin ci-annexé. Le dessin représente en élévation une extrémité de câble électrique à champ radial moyenne tension, cette extrémité étant protégée contre la formation d'effluves par des moyens conformes à l'invention et figurés en coupe axiale. Le cable lui-même comprend une âme conductrice 1 dont seul le bout est apparent sur le dessin, une enveloppe isolante 2 en matière plastique qui est dénudée sur une certaine longueur lors de la préparation de l'extrémité de câble, un écranaéquipotentiel 3 recouvrant l'enveloppe isolante 2 et arrê -té à une distance correspondante de l'extrémité du câble, un écran de protection 4 en feuillard métallique, et enfin une gaine extérieure 5. La longueur de dénudation de l'enveloppe isolante 2 est déterminée en fonction de la tension de service de l'installation ainsi que du mode d'exploitation envisagé (intérieur, extérieur, en atmosphère polluante, etc..). Pour éviter une concentration indésirable du champ électrique au voisinage de l'arr8t de l'écran équipotentiel 3 et s'opposer ainsi efficacement au risque de formation d'effluves, l'invention prévoit d'appliquer une couche de pâte semi conductrice 6 sur la partie apparente de l'écran équipotentiel 3 ainsi que sur une certaine longueur de l'enveloppe isolante 2, cette couche de pâte semi-conductrice étant elle-même recouver te par une gaine isolante 7 qui la maintient en contact intime avec les surfaces sur lesquelles elle repose. Par sa résistivité variant en raison inverse de la tension appliquée, la couche de pâte semi-conductrice 6 tend à uniformiser la distribution du potentiel le long de l'enveloppe isolante 2, supprimant ainsi l'effet préjudiciable d'une brusque interruption de l'écran équipotentiel 3.La pâte semi-conductrice peut être constituée, par exemple, d'un mélange relativement dense de carbure de si licium en poudre, présentant de préférence une granulométrie supérieure à 240, et d'une graisse ou huile isolante résistant bien à la chaleur et à l'humidité, par exemple de la famille des silicones. La préparation d'un tel mélange est immédiate et ne requiert aucun outillage particulier. I1 est avantageux, tant du point de vue de la faci lité d'exécution que de l'efficacité du résultat obtenu, d'uti liser comme gaine 7 de recouvrement de la couche de pâte semi conductrice 6 une gaine en matière thermorétractable, celle-ci devant toutefois être d'une nature compatible avec les isolants employés. On peut donner de ce point de vue la préférence à un polyéthylène irradié à fort coefficient de rétreint. L'élément de gaine est alors choisi d'un diamètre initial sensiblement supérieur à celui de l'écran équipotentiel 3, et coupé à la longueur voulue ; la pâte semi-conductrice est appliquée par tout moyen convenable sur sa paroi intérieure, puis l'élément de gaine 7 est mis en place sur l'extrémité de câble et mainte nu provisoirement en position de toute façon voulue.L'approche de la flamme d'un petit chalumeau à gaz, ou l'exposition à un flux d'air chaud débité par un générateur portatif à une température de l'ordre de 1000 C, provoquent le rétreint de la gaine 7 qui comprime énergiquement la couche de pâte semi-conductrice 6 contre les surfaces de l'enveloppe isolante 2 et de l'écran équipotentiel 3. Ainsi est garanti le maintien d'un contact intime entre la pâte et les surfaces qui lui servent de support En plus de son r61e propre précisé ci-dessus, la gaine de recouvrement 7 concourt à assurer la protection de l'extrémité de câble . Celle-ci peut encore entre renforcée, notamment pour mode d'exploitation extérieur ou en atmosphère très polluante, par un rubanage 8 en matériau synthétique résistant au cheminement.L'unique figure du dessin ci-annexé montre schématiquement une telle protection supplémentaire au moyen d'un ruban s'étendant sur toute la longueur de l'extrémité de câble. Les essais effectués sur des extrémités de cables réalisées selon la présente invention permettent d'en envisager sans crainte l'emploi pour des tensions de service de 30 kV, voire méme davantage. Des extrémités exécutées avec des longueurs de dénudage de l'enveloppe isolante de l'ordre de 300 mm (soit environ moitié moins que les longueurs usuelles avec la technique des déflecteurs de champ), et des longueurs de couche de pâte semi-conductrice de 150 à 200 mm, tiennent plus de 4 heures sous tension d'essai alternative de 60 kV/50 Hz,. sans que soit constaté d'amorçage ou de détérioration. Dès essais de longue durée à l'extérieur à 36kV et 24 kV entre conducteur et terre avec cycles de chauffage ont été d-'autre part effectués sur des extrémités exécutées avec des longueurs de dénudage de 400 et 500 mu' et avec protection par rubanage ; ici encore, aucun claquage ni détérioration n'a été constaté. R E V E N D ≈C A ? I O W 1. Extrémité de cidre électrique à cïtamr radial moyenne tension comportart une âme conductrice, une en- > eloppe isolante de préférerce en matière plastique ou réifiée, un écran équipotentiel que l'on arrête à une certaine distance de l'ex- tremité du câble et qui laisse ainsi apparaître à m-t lÇenvelop- pe isolante sur une longueur déterminée en fonction de la tension de service et du mode d'exploitation envisagé, et éventuellement un écran métallique de protection lui-même recouvert par une gaine extérieure, caractérisée en ce que, pour obtenir une répartition uniforme du champ électrique entre l'âme conductrice et l'arrdt de l'écran équipotentiel, une couche semi-conduc- trice relativement dense et réalisée de préférence sous forme de pâte est appliquée sur la surface de l'extrémité de l'écran ainsi que sur une certaine longueur de la surface dénudée de l'enveloppe isolante, cette couche semi-conductrice étant ellemême recouverte par une gaine qui la maintient en contact intime avec lesdites surfaces. Extrémité de câble selon la revendication 1 caractérisée en ce que la pâte employée pour la réalisation de la couche semi-conductrice consiste en un mélange de carbure de silicium en poudre présentant de préférence une granulométrie supérieure à 240 et d'une graisse ou huile isolante par exemple de la famille des silicones. 3. Extrémité de câble selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la gaine recouvrant la couche semi-conductrice est une gaine thermorétractable réalisée par exemple en un polyéthylène irradié à fort coefficient de rétreint. 4. Extrémité de câble selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par une protection supplémentaire de l'en- semble de l'extrémité par un rubanage en matériau synthétique, notamment pour mode d'exploitation extérieur. 5. Procédé pour la confection d'extrémités de câbles selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par les opérations successives de préparation de l'extrémité de câble selon les regles habituelles, l'écran équipotentiel étant arrête à une distance de l'extrémité qui est déterminée en fonction de la tension de service et du mode d'exploitation envisagé, d'application de la pâte semi-conductrice sur la paroi intérieure d'un élément de gaine thermorétractable de diamètre sensiblement supérieur à celui de l'écran et de longueur suffisante pour recouvrir à la fois la partie apparente de ce dernier et une longueur prédéterminée de l'enveloppe isolante dénudée, de mise-en place et de maintien provisoire en position de la gaine thermorétractable sur l'extrémité du câble, d'application localisée de chaleur pour provoquer le rétreint de ladite gaine, et éventuellement de pose d'un ruban de protection sur l'ensemble de l'extrémité de câble.