Brevet FR2188261A1 — publié le 19740118

La présente invention se rapporte aux câbles électriques pour hautes tensions munis d'un isolement constitué par des rubans enroulés en hélice, par exemple des rubans de papier imprégné d'un fluide isolant ou d'une matière synthétique telle que le polyéthylène ou équivalent, mise en contact avec un tel fluide, et munis d'un rubannage écran interposé entre l'isolant et ltélément conducteur et/ou la gaine métallique du câble. L'invention concerne plus particulièrement ce rubannage écran. Il est connu que l'on utilise déjà depuis longtemps pour le rubannage écran des câbles du type mentionné plus haut des papiers formés de deux couches superposées et solidaires l'une de l'autre, dont l'une est isolante et l'autre semi-conductrice ; cette dernière couche est obtenue par incorporation d'une poudre électro-conductrice, de préférence un noir de fumée du type conducteur, dans la pâte à papier composée de fibres de cellulose.Le ruban composé de ce papier à double couche est enroulé avec sa couche semiconductrice dirigée vers la partie métallique du câble (conducteur ou gaine), de manière que le rubannage isolant ne soit jamais en contact direct avec des parties conductrices du câble, et de manière à assurer autant que possible un bon contact électrique entre les couches semi-conductrices du ruban et la partie métallique du câble sur laquelle le rubannage isolant est appliqué. A cet effet, le ruban à double couche est appliqué en général sous la forme d'un enroulement unique, avec recouvrement positif, cette expression signifiant que chaque spire de l'enroulement est partiellement superposée à la spire adjacente, ou avec recouvrement négatif, c'est-à-dire que l'on laisse un petit intervalle libre entre les spires adjacentes. Il est nécessaire en particulier dans ce cas, que le rubannage écran comprenne également un ou plusieurs enroulements de papier entièrement semi-conducteur, disposés entre la partie métallique du câble et l'enroulement du ruban à double couche de façon à ne laisser aucune partie métallique du câble à nu face au ruban isolant. Ces enroulements de papier semi-conducteur peuvent être également présents dans le rubannage écran dans lequel le ruban à double couche est enroulé avec recouvrement positif. Les rubannages écrans décrits ci-dessus, appli qués à des câbles à fluide isolant destinés aux hautes tensions, contribuent considérablement à améliorer les caractéristiques électriques du câble, en particulier en ce qui concerne la dissipation de l'énergie dans le diélectrique, qui est alors considérablement réduite. Toutefois, on a constaté que, du fait de l'accroissement constant des besoins de transmission d'énergie à des tensions supérieures à 500 kV, le rubannage écran qui comprend le ruban à double couche et constitué conformément aux dispositions connues jusqu'à présent ne résout pas complètement le problème relatif à la rigidité diélectrique du câble, ni en courant alternatif, ni en courant continu. La Demanderesse a constaté qu'on peut améliorer considérablement la caractéristique diélectrique spécifique mentionnée plus haut dans un câble à fluide isolant pour hautes tensions, en utilisant ce type de ruban à double couche suivant une disposition particulière pour la constitution du rubannage écran. La présente invention a donc pour objet un câble électrique pour hautes tensions du type comprenant un élément métallique conducteur, un rubannage isolant en contact avec le fluide isolant, une gaine métallique et un rubannage écran interposé entre le rubannage isolant et au moinE l'une des parties métalliques du câble, ce rubannage écran étant composé, au moins en partie, d'un ruban à double couche dont l'une est isolante et l'autre semi-conductrice, ce câble étant caractérisé en ce que le ruban à double couche est disposé en deux enroulements à recouvrement négatif de même pas et superposés, ce ruban étant de largeur constante et replié sur sa surface isolante dans l'enroulement le plus proche de la partie métallique du câble et sur sa surface semi-conductrice dans l'autre enroulement, le repliage étant formé, sur les deux bords latéraux du ruban, de manière à donner naissance à deux rabats, les rabats des spires d'un enroulement faisant face à la partie non repliée de l'autre enroulement et étant en contact avec la surface de cette partie, et la surface semi-conductrice de la partie non repliée des spires de chaque enroulement étant dirigée vers la partie métallique du câble. L'adoption du ruban à double couche replié le long de ses bords et disposé en deux enroulements superposés comme décrit plus haut assure d'une façon particulièrement efficace ltobtention d'une plus grande rigidité diélectrique dans le câble. En effet, il convient de tenir compte du fait que, dans les rubannages écrans déjà connus, qui sont constitués, soit exclusivement, soit en partie par I'enroulement d'un ruban à double couche, le fluide isolant qui occupe les espaces délimités entre les spires des enroulements proches de la partie métallique n'est soumis à aucune sollicitation électrique appréciable, du fait qu'il est enfermé sensiblement entre des surfaces qui sont toutes au même potentiel. Par contre, il n'en est pas de même dans les espaces existant entre les spires de l t enroulement du ruban à double couche et celles de l'enroulement du ruban isolant, où le fluide isolant est entouré par des surfaces isolantes et semi-conductrices. Etant donné qu'il est connu que la rigidité diélectrique d'un fluide isolant, dans ces conditions, est inférieure à celle que l'on observe dans le cas où les surfaces sont toutes isolantes, il est évident que ces derniers espaces constituent un point critique de la structure du câble en question. Le rubannage écran suivant l'invention élimine cet inconvénient puisque le fluide isolant se trouve toujours et de toute façon dans des espaces délimités entièrement par des surfaces électriquement homogènes, c'est-à-dire toutes isolantes, pour les espaces rapprochés du rubannage isolant, et toutes équipotentielles pour les espaces proches de la partie métallique du câble. Il en résulte que les surfaces du ruban à double couche sont elles aussi constamment en contact avec des surfaces électriquement homogènes, aussi bien dans le rubannage isolant proprement dit qu'entre le rubannage isolant et la partie métallique du câble. Le rubannage écran suivant l'invention peut éventuellement comprendre également un ou plusieurs enroulements, de préférence avec recouvrement négatif, faits d'un ruban entièrement semi-conducteur, et disposés directement sur la partie métallique du câble et situés par conséquent entre cette partie métallique et les enroulements de rubans à dou ble couche. Le ruban semi-conducteur utilisé pour cet enroulement ou ces enroulements est en général composé d'un papier normal chargé de noir de fumée ; ce ruban semi-conducteur peut être également constitué par une pellicule ou un papier de matière plastique synthétique, par exemple de polyoléfine, chargé de manière analogue. Le ruban à double couche utilisé pour constituer les enroulements du rubannage écran est composé, d'une façon connue, de deux couches superposées solidaires l'une de l'autre, dont l'une est isolante et l'autre semi-conductrice. La couche isolante peut être composée de papier, qui peut également être du type appelé communément à extensibilité contrôléet'. On entend par extensibilité dans le présent mémoire la valeur du pourcentage d'augmentation de la longueur d'une bande de papier lorsque cette bande est soumise à une traction jusqu'à la rupture.Le papier à extensibilité contrôlée est un produit que l'on trouve depuis peu dans le commerce ; ce papier est composé par des fibres de cellulose amassées ou pressées suivant des directions parallèles aux surfaces opposées de ce papier ; ces surface sont lisses et parallèles entre elles. Ce papier est obtenu par dépôt de fibres cellulosiques dans l'eau et le procédé de fabrication de ce papier comprend les phases consistant à presser les fibres les unes contre les autres pendant que le papier est à l'état humide et plastique, à appliquer à ce papier des forces opposées et parallèles à ses surfaces et à entretenir des forces opposées perpendiculaires aux surfaces de ce papier pour éviter la formation de plis ou crêpage dans le papier. Le produit final possède un degré donné d'extensibilité dont la valeur dépend de l'intensité avec laquelle les fibres ont été serrées les unes contre les autres pendant la fabrication du papier. L'allongement que l'on peut obtenir dans le produit fini dépend du redressement des fibres tordues ou localement incurvées et serrées, dans la masse même du papier ; cet allongement est donc d'une valeur spécifique et prédéterminée. La bonne extensibilité que ce type de papier présente est une caractéristique particulièrement intéressante pour la présente invention, puisque le ruban à double couche est utilisé replié le long de ses deux bords latéraux. En variante par rapport à l'utilisation de pa pier, la couche isolante du ruban à double couche destinée à const. > - tuer au moins ez partie le rubannage écran suivant l'invention peut être composée d'une pellicule ou d'un papier de matière plastique synthétique, les matières de ce type étant elles aussi notoirement dotées d'une certaine extensibilité. On peut citer comme matières plastiques particulièrement bien appropriées pour cette application, les polyoléfines telles que le polyéthylène et le polypropylène. En ce qui concerne la couche semi-conductrice du ruban à double couche, elle peut être composée, indépendamment de la constitution de la couche isolante, d'un papier normal chargé d'une matière conductrice telle que, par exemple, le noir de fumée conducteur ou, éventuellement, cette couche peut également être faite d'un papier du type à extensibilité contrôlée décrit plus-haut et également muni d'une charge analogue. Finalement, de même qu'on l'a précisé pour la couche isolante, cette couche semi-conductrice peut être constituée par une pellicule ou un papier de matière plastique synthétique, de préférence de polyoléfine, chargé de noir de fumée. Le ruban à double couche ainsi constitué est replié le long de ses deux bords latéraux de manière à posséder une largeur déterminée qui reste constante dans les deux enroulements et de manière à présenter deux rabats. Ainsi qu'on l'a dit plus haut, le ruban est utilisé replié sur sa surface isolante dans l'enroulement le plus proche de la partie métallique du câble tandis que, dans l'autre enroulement, il est replié sur sa surface semi-conductrice. La largeur des rabats est fixée de manière que les rabats appartenant à un enroulement ne soient pas en contact avec ceux de l'autre enroulement, afin de permettre autant que possible que, lorsque le câble subit des flexions aussi bien lors de la construction que lors de la pose, les rubans et les rabats puissent glisser les uns sur les autres sans former de crêtes qui risqueraient d'altérer leur structure électrique. La somme des largeurs des deux rabats ne doit donc pas être supérieure à la moitié de-la largeur du ruban replié, la largeur minimale d'un rabat étant d'environ 1 mm. Tout en conservant le principe consistant en ce que la largeur du ruban replié doit rester constante dans les deux enroulements, les rabats peuvent être de largeurs différentes aussi bien dans un même ruban qu'entre un ruban et l'autre. Les deux enroulements de ruban à double couche, qui sont réalisés avec le même pas et avec recouvrement négatif, sont décalés l'un par rapport à l'autre de même que les enroulements du rubannage isolant, de sorte que l'intervalle existant entre les spires adjacentes de chaque enroulement écran est recouvert par une spire d'un enroulement contigu. Le rubannage écran suivant l'invention peut être présent dans le câble en contact aussi bien avec l'élé- ment métallique conducteur (cette expression désignant l'ensemble des fils métalliques conducteurs qui constituent l'âme du câble) qu'avec la gaine métallique de ce câble. Les figures du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'un conducteur d'un câble pour haute tension, muni du rubannage écran suivant l'invention ; la figure 2 est une coupe longitudinale partielle d'une variante d'un conducteur d'un câble pour haute tension muni d'un rubannage écran suivant l'invention. Pour la clarté du dessin, les rubans qui constituent les divers enroulements sont représentés avec une épaisseur exagérée. On a indiqué en 1 l'élément conducteur du câble et en 2 le rubannage écran composé des deux enroulements superposés 3 et Li à recouvrement négatif, de même pas et décalés entre eux, qui sont constitués par le ruban à double couche, dans lequel la couche 5 est la couche semi-conductrice tandis qu'on a représenté en 6 la couche isolante.Dans chaque enroulement, ce ruban est replié le long de ses deux bords latéraux de façon à former deux rabats ; dans lenrou- lement écran 3 disposé directement en contact avec l'élément conducteur 1, le ruban utilisé est replié le long de ses deux bords sur sa surface isolante c'est-à-dire que sa couche semiconductrice est à l'extérieur tandis que, dans l'enroulement écran 4, le rubanes replié sur sa surface semi-conductrice, c'est-à-dire que sa couche isolante est à l'extérieur. Dans les deux enroulements, le ruban est disposé de façon-que la surface semi-conductrice de la partie non repliée soit dirigée vers l'élément conducteur du câble et de façon que les rabats des spires d'un enroulement soient dirigés face à ceux des spires de l'autre enroulement. Chaque rabat d'une spire d'un enroulement entre en contact avec la surface d'une spire de l'autre enroulement exclusivement sur la partie non repliée de ce dernier; ainsi qu'on le voit sur la figure, le rubannage écran suivant l'invention est tel que les surfaces qui entrent en contact entre elles sont soit toutes deux isolantes, soit toutes deux semi-conductrices, même en ce qui concerne le rubannage isolant qui constitue le diélectrique proprement dit du câble. Sur la figure 1, on a également indiqué en 7 le premier enroulement du rubannage isolant adjacent à l'en- roulement écran 4. Ainsi qu'il est d'usage, cet enroulement isolant possède un pas égal à celui du rubannage écran adjacent et il est décalé par rapport à ce dernier. il est évident que l'espace 8 compris entre les spires adjacentes du rubannage écran et du rubannage isolant, espace qui est occupé par le fluide isolant, est limité entiErement par des surfaces isolantes tandis que l'espace 8' existant entre les spires adjacentes du rubannage écran et l'élément conducteur est entièrement limité par des surfaces conductrices. Le rubannage écran suivant l'invention peut également comprendre, ainsi qu'on l'a déjà dit plus haut, un ou plusieurs enroulements de rubans entièrement semi-conducteurs, qui sont de préférence disposés avec un recouvrement négatif, directement en contact avec l'élément conducteur du câble. La figure 2 est une coupe longitudinale partielle d'un câble pour hautes tensions conforme à une variante de réalisation de l'invention, ce câble étant muni d'un rubannage écran entièrement analogue à celui insiqué sur la figure 1, sauf en ce qui concerne l'enroulement 9 de ruban semi-conducteur qui est disposé en contact avec l'élément conducteur 1 du câble. Dans ce cas également, on constate que toutes les surfaces du rubannage écran, aussi bien celles qui sont en contact entre elles que celles qui sont simplement placées face à face, sont électriquement homogènes. Le fluide isolant qui se trouve dans les espaces 10 et 10' compris entre l'enroulement de rubans semi-conducteurs et l'enroulement de rubans à double couche qui est immédiatement adjacent au premier est donc entouré par des surfaces qui sont toutes conductrices ; au contraire, dans les espaces 8 compris entre le rubannage isolant et l'autre enroulement du ruban à double couche, le fluide isolant est entouré par des surfaces qui sont toutes isolantes. On peut remarquer enfin que, aussi bien sur la figure 1 que sur la figure 2, l'espace Il est délimité par des surfaces équipotentielles puisque la surface semi-conductrice est en contact électrique avec le conducteur et que par conséquent, le fluide isolant contenu dans l'espace Il n'est pas soumis à une sollicitation électrique appréciable. Cette construction est donc de nature à garantir de la meilleure façon possible les conditions appropriées puur que le fluide isolant présente la plus grande rigidité diélectrique. Le rubannage écran suivant l'invention permet de surmonter un point critique de la construction des câbles à fluide isolant pour hautes tensions, aussi bien en courant alternatif qu'en courant continu, sans que ceci ne soit au détriment des autres caractéristiques diélectriques. Les câbles de ce type qui comprennent ce rubannage écran sont donc parfaitement de nature à répondre aux exigences imposées pour le service dans les conditions les plus sévères. Il va de soi que le rubannage écran proposé suivant l'invention est efficace aussi bien pour la construction des câbles du type à huile que celle des câbles du type à fluide gazeux isolant, et aussi bien pour ceux qui sont isolés avec des rubans de papier cellulosique que pour ceux qui sont isolés avec des rubans de papier synthétique ou de pellicule synthétique ou que pour ceux qui sont isolés à l'aide de stratifiés composés d'un papier et d'une pellicule synthétique. I1 va de soi que des modifications peuvent être apportées au mode de réalisation qui vient d'être décrit, no tamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans pour cela sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Câble électrique pour hautes tensions du type comprenant un élément métallique conducteur, un rubannage isolant en contact avec le fluide isolant, une gaine métallique et un rubannage écran interposé entre le rubannage isolant et au moins l'une des parties métalliques du câble, ce rubannage écran étant composé, au moins en partie, d'un ruban à double couche dont l'une est isolante et l'autre semi-conductrice, ce câble étant caractérisé en ce que le ruban à double couche est disposé en deux enroulements à recouvrement négatif de même pas et superposés, ce ruban étant de largeur constante et replié sur sa surface isolante dans l'enroulement le plus proche de la partie métallique du câble et sur sa surface semi-conductrice dans l'autre enroulement, le repliage étant formé, sur les deux bords latéraux du ruban, de manière à donner naissance à deux rabats, les rabats des spires d'un enroulement faisant face à la partie non repliée de l'autre enroulement et étant en contact avec la surface de cette partie, et la surface semi-conductrice de la partie non repliée des spires de chaque enroulement étant dirigée vers la partie métallique du câble. 2. Câble électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit rubannage écran comprend au moins un enroulement de ruban semi-conducteur disposé entre les enroulements de rubans à double couche et la partie métallique du câble. 3. Câble électrique suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la largeur totale des rabats n'est pas supérieure à la moitié de la largeur du ruban à double couche replié, la largeur minimale d'un rabat étant de 1 mm. 4. Câble électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ruban à double couche replié possède deux rabats de largeurs différentes. 5. Câble électrique suivant l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que le ruban à double couche replié formant l'un des enroulements possède des rabats d'une largeur différente de celle des rabats du ruban à double couche replié constituant l'autre enroulement. 6. Câble électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche isolante du ruban à double couche est composée de papier, éventuellement du type à extensibilité contrôlée. 7. Câble électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche isolante du ruban à double couche est composée d'une pellicule d'une matière synthétique plastique. 8. Câble électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche isolante du ruban à double couche est composée d'un papier en matière synthétique plastique. 9. Câble électrique suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la matière synthétique plastique est constituée par une polyoléfine. 10. Câble électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice du ruban à double couche est composée de papier, éventuellement du type à extensibilité contrôlée, et chargé d'une matière électroconductriee. 11. Câble électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice du ruban à double couche est composée d'une pellicule d'une matière plastique synthétique, chargée d'une matière électroconductrice. 12. Câble électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice du ruban à double couche est composée d'un papier en matière synthétique plastique, chargé d'une matière électroconductrice. 13. Câble électrique suivant la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que ladite matière synthétique plastique est constituée par une polyoléfine.