Brevet FR2254422A1 — publié le 19750711

La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de câbles et-canalisations electri- ques avec un isolement en matières plastiques pouvant être réticulées, dans lequel la matière pouvant être réticulée est rapportée sur un conducteur ou une ame, est ensuite réticulée dans un domaine de traitement thermique approprie et ensuite refroidie Les isolements des câbles ou canalisations électriques sont fabriqués dans la plupart des cas à l'aide de matières thermoplastiques ou également d'élastomères, ces matièresétant appliquées par extrusion sur les conducteurs ou sur l'âme.Suivant les exigences qui sont posées à la matière isolante, il est possible à la suite du processus d'ap- plication par extrusion, d'appliquer des traitements thermiques aux matières isolantes, dans le but éventuel de la réticulation ou de la vulcanisation Récemment, on s'est efforcé de mettre en oeuvre, également pour les matières plastiques, des matériaux pouvant être réticulés, matériaux qui, après l'injection, sont soumis à un traitement thermique supplémentaire.Ce traitement thermique peut,dans la fabrication de câbles et de canalisations, être applique dans des installations dites installation à tour où le conducteur est guidé dans le tour vers le haut, est, en haut, pourvu de 1 t isolement et est ensuite tiré vers le bas, le traitement thermique de l'isolement se faisant pendant ce passage vertical vers le bas Ces installations conviennent en particulier pour d'assez grandes épaisseurs de paroi isolante, par exemple de 12 mm et au-dessus, tandis que pour des épaisseurs de paroi isolante de plus petites dimensions, il est usuel de procéder à la réticulation ou à la vulcanisation de la matière isolante dans une installation en série, se raccordant à ltextrudeur, où le cable muni de son enveloppe est guidé en flèche libre Le taux de regulation exigé, qui dans les câbles jusqu'à 30 kv doit être, par exemple, au voisinage du conducteur, de 70 % mesures d'après le test d'extraction par solvant (sol/gel) est obtenu, dans ces dispositifs et par ce procédé par le fait qutapres le tirage d'une longueur d'essai déterminée, si le taux de réticulation est trouve insuffisant, on fait varier l'allure de la temperature ou de la vitesse jusqu'à ce que soit obtenue la réticulation exigée.Pour la fabrication cella signifie un déchet tonsiderable de câbles ou de canalisations fabriqués, car avec chaque longueur de câble de diamètre modifié et de matière différente ou de système de réticulation en varianta, il faut prélever une longueur initiale déterminée pour le prelèvement d'èchantillons L'invention a pour but d'indiquer un procédé qui, dans la fabrication de câbles ou canalisations électriques, exclut la quantité de déchets inévitables jusqu' ici Dans ce but, l'invention a pour objet un procedé de fabrication de câbles ou de canalisations électriques, caractérisé en ce que le temps de séjour de la matière qui passe dans la zone de traitement hhermique et la voie de refroidissement suivante est predéterminé sur la base de critères initiaux conditionnés par l'installation, la matière et la géométrie du câble et est utilisé comme base pour la détermination de la vitesse de fabrication De ce fait, il est possible de régler à l'avance le temps de séjour dans la zone de traitement thermique et par conséquent la vitesse de fabrication et de les adapter à chaque type de câble ainsi qu'aux matières de nature différente-pouvant store réticulés, de telle sorte que, sans perte de longueurs préalables, on peut traiter un câble ou une canalisation de façQn-correspondante au taux de réticulation exigé.La fabrication se fait donc dans les conditions optimales. Car, sur la base du temps de séjour trouvé dans la zone de traitement thermique et du temps de séjour conditionné par l'installation dans la voie de refroidissement ainsi que de la longueur totale de l'installation, on peut déterminer à l'avance, pour chaque type de câble, la vitesse de fabrication optimale qui peut être indiquée au personnel des machines, par exemple sous forme d'un programme. Dans la réticulation de macromolécules il s'agit de réactions chimiques qui sont activées par alimentation d'énergie thermique. Dans le cas d'une allure de température isotherme, c'estwàwdire constante dans le temps, à lsintérieur de l'isolement â réticuler, il est relativement simple, par exemple â l'aide de courbes dites de arulcansmétrss, de tirer une conclusion sur le taux de réiiculation relatif obtenu après différents temps A l'aide des méthodes de la cinétique de réaction chimique, on réussit de plus à convertir les temps de wolcanisation optimaux pour une température déterminée pour d'autres températures;Dans la pratique, par exemple dans l'isolement de câbles et canalisations électriques1 par suite de la condueibilité limitée des superpolymères organiques, il se produit des phénomènes d'échauffement et de refroidissement qui ont pour conséquence un champ de température non homogène dans le temps et fournissent déjà une contribution au déroulement de la réaction de réticulation. Pour comprendre aussi les effets de la réaction pendant les phénomènes d'échauffement et de refroidissement de l'isolement du câble ou du conducteur, on détermine le temps de séjour de la matière traversant la zone de trait en ment thermique et la voie de refroidissement suivante, suivant le procédé de l'invention, par une formule qui donne une information sur le rapport entre le taux de réticulation exigé, la fonction de passage de la chaleur, lténergie d'activation de chaque système de réticulation employé, et le temps de séjour dans l'installation. Avec les coordonnees courantes du temps le taux de réticulation est donné par la formule suivante dans laquelle l'exposant tBj a l'expression suivante Dans cette formule les lettres ont la signification suivante Vk = caractéristique pour le taux de réticulation #k =température de l'eau de refroidissement #o = température initiale du cable ND = température de la vapeur dans la zone de traitement thermique EA = énergie d'activation, c'est-à-dire l'énergie thermique à appliquer pour le déclenchement du dèroulement de la réts- culation des macromolecules = conductibilité correspondant a tempe'ratùre de la matiere conductrice avec # comme conductibilité de chaleur c = capacité d'accumulation de chaleur et a22 = conductibilité en temperature de la matière isolante Av = facteur constants qui résultent des dimensions géométriques du câble ainsi que des propriétés thermiques des matières #v = point zéro des fonctions cylindriques qui décrivent le flux de chaleur zo = fonction cylindrique qui décrit le flux de chaleur;; Zo(#v#v) c'est la solution de l'équation différentielle pour la propagation de la chaleur. t1 = la coordonnée courante du temps depuis to jusqu'à l'extré- mité du parcours de vaporisation tD t2 - la coordonnée courante du temps depuis tD jusqu'a lvextré- mité du parcours de refroidissement tE R = constante générale des gaz Sur la base de la relation ci-dessus, il est alors possible de déterminer le temps de séjour le plus court possible, c'est-à-dire le plus économique, par exemple dans un tube de vapeur, du câble ou du conducteur qui est entouré d'une gaine isolante quand le taux de réticulation de chaque matière isolante employée est donné a l'avance. Pour cette matière isolante ou pour ce système de réticulation, on détermine d'abord l'énergie d'activation d'après des méthodes connues et ensuite on procède å la recherche du temps de séjour dans l'installation. L'avantage particulier de l'invention rési de en outre dans la possibilité de déterminer l'allure de la température non homogène dans le temps qui est due à la mauvaise conductibilité de la chaleur par exemple du polyéthylène, sur la section du cable ou du conducteur. Cela se fait, conformément à l'invention en prédéterminant le temps de séjour dans la zoné de traitement thermique ou dans toute l'installation pour des couches différentes concentriques au conducteur. Ainsi, par exemple, il est possible de déterminer le temps de séjour pour la couche isolante immédiatement voisine, du conducteur et par conséquent la plupart du temps soumise aux contraintes electri ques et thermiques.Comme résultat, on obtient des câbles et conducteurs électriques qui se distinguent par de particulièrement bonnes propriétés de transmission, telles que la résistance à la tension électrique et la résistance à la surcharge et au court-circuit. Si le temps de séjour d'un câble déterminé dans la zone de traitement thermique et le parcours de refroidissement suivant est prédéterminé, il est facilement possible, conformément à l'inventionde calculer séparément les temps de séjour pour la zone de traitement thermique et pour le parcours de refroidissement et de déterminer, à partir de ceux-ci et de la longueur totale donnée à l'avance de l'installation, la vitesse de fabrication. I1 est simplement essentiel pour l'exécution du procédé suivant l'invention quEil soit donné à l'avance un taux de réticulation déterminé, exigence en général usuelle des usagers dans la technique actuelle, et que soit déterminée la limite supérieure pour la température de l'isolement à la sortie du parcours de refroidissement, qui par exemple ne doit pas être supérieure à 700 C ou 800 C, pour empêcher un gonflement de l'isolement Le procédé est applicable pour des matières quelconques, pourvu que ces matières puissent être réticulées et que la réaction de réticulation soit mise en marche par échauffement. Ainsi, de la même faço#n, on peut mettre en jeu des matières thermoplastiques à base de polyoléfines comme des élastomères, éventuellement du caoutchouc naturel ou synthétique, l'énergie d'activation étant prédéterminée suivant des méthodes connues pour chacune des matières mises en jeu. Une fois déterminé. le temps de séjour dans l'installation et éventuellement, par celui-ci, la vitesse de fabrication, il peut être extrêmement avantageux pour le dimensionnement d'une chaîne de fabrication, de déterminer à l'avance, conformément à l'invention, le débit nécessaire maximal de ltextrudeur de matière isolante en fonction de la longueur de l'installation. De même, il est souvent avantageux, sur la base de -la relation trouvée par l'invention, de prédéterminer le taux de réticulation sur des couches différentes concentriques au conducteur. L'invention est expliquée en détail ci après à l'aide de la chaîne de fabrication représentée schéma tiquement dans la figure pour la fabrication de câbles et de conducteurs électriques Dans la figure est indiqué schématiquement le conducteur électrique 1 qui entre, muni d'un lissage, dans l'extrudeuse 2 et y est entouré d'un isolement 3, par exemple une matière thermoplastique pouvant être réticulée. Pour empêcher une écorchure du câble et par conséquent la détérioration de l'isolant 3 encore mou, le câble est dirigé en flèche libre dans un tube de vapeur ou de refroidissement 4 en forme de chaînette. Soit 1 la longueur totale de la chaînette, on en déduit, en retranchant la zone de traitement thermique, c'est-à-dire la portion de la chaînette remplie de vapeur, par exemple à 16 atmosphères, le parcours 1D, tandis que 1K désigne le parcours de refroidissement suivant. Enfin une pou#lie de renvoi 5 s#ert au guidage du câble, qui est tiré dans le sens de la flèche et enroulé sur un tambour d'enroulement non représenté. En dessous de la chainette est indiqué la coordonnée courante du temps t, à partir de l'entrée du conducteur 1 dans la chaînette pour t = o, jusqu'à l'extrémité de la zone de traitement thermique pour t = t D et après le parcours total 1 à l'extrémité de la chaînette t = tE Si le parcours de refroidissement n'zest pas limité à la portion en forme de chaînette mais si un autre parcours de refroidissement est raccordé à cette portion en chaînette, la longueur 1 est prolongée de façon correspondante A titre d'exemple, soit un câble de 1 kv avec un isolement en polyéthylène pouvant être réticulé. La longueur 1 de l'installation serait de 120 m, la température de la vapeur dans la zone de traitement thermique serait de 2100 C avec une pression de 18 atmosphères. La température du, conducteur 1 a l'entrée dans l'extrudeur serait de 1300 C, la. température d'injection de la matière plastique employée serait également de 1300 C. Comme données géométriques du câble sont 2 en outre données à l'avance la section du conducteur de 150 mm et l'épaisseur de paroi isolante nécessaire de 1,4 mm. La réticulation de la gaine isolante doit être de 70 % mesurée d'après la méthode sol/gel et le câble doit quitter le parcours de refroidissement au maximum avec une température de 700 C. Si pour la matière employée qui correspond à un taux de réticulation de 70 % et la quantité d'énergie fonction de l'énergie d'activation, d'après la formule donnée plus hauts on peut compter le temps sur la courbe de la tempé- rature dans le temps, pour différentes couches de ltisolement, jusqutà *e que soit atteint un taux de réticulation suffisant Pour une température finale exigée de 700 C, par exemple, comme valeur limite, on peut trouver, par les conditions initiales ci-dessus, le temps de séjour t dans la chaînette et par conséquent comme la longueur 1 est également donnée à l'avance, on peut déterminer la vitesse de fabrication v pour chaque type de câble et des matières quelconque. En outre, il s'offre ici une possibilité de choisir de façon optimale le rapport de parcours de vapeur/parcours de refroidissement pour chaque type de câble ou de conducteur. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple d'exécution indiqué ci-dessus Le conducteur 1 peut aussi être introduit dans l'extrudeur sans préchauffage, ctest- à-dire à la température ambiante Comme critère initial il faut alors simplement tenir compte de cette température dans la formule Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on poudra prévoir d'autres variantes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1#- Procédé pour la fabrication de câbles ou conducteurs électriques avec un isolement en matières pouvant être réticulées, rapportée sur le conducteur à l'état chaud, et réticulée dans une zone de traitement thermique puis refroidie dans un parcours de refroidissement suivant, procédé caractérisé en ce que le temps de séjour du câble dans la zone de traitement thermique et le parcours de refroidissement est prédéterminé sur la base des conditions initiales de l'installation, de la matière et de la géométrie du câble et est utilisé comme base pour la détermination de chaque vitesse de fabrication 2e Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le temps de séjour dans la zone de trai tement thermique et le parcours de refroidissement est déterminée par la formule suivante dans laquelle ltexposant B a lDaxpression suivante dans laquelle Vk = caractéristique pour le taux de réticulation # k = température de l'eau de refroidissement #o = température initiale du câble Ê o = température de la vapeur dans la zone de traitementcâble que E A énergie d'activation, oiest-à-dire l'énergie thermique à appliquer pour le démarrage de la réticulation des macro molécules = conductibilité de la température de la matière conductrice correspondant à avec\= conductibilité de la chaleur, c = capacité d'accumulation de chaleur et= poids spéci fique = conductibilité thermique de la matière isolante A = fac v teurs constants qui résultent des dimensions géométriques du câble ainsi que des propriétés thermiques des matières Q v = points nuls des fonctions cylindriques qui décrivent le four de chaleur t (L~t.v) - fonction cylindrique qui décrit le flux de chaleur, c1 est la solution de l'équation différentielle pour la propagation de la chaleur t1 = coordonnée courante du temps depuis t =t7jusqu'à l'extré- mité de la voie de vapeur 1D t2 = coordonnée courante du temps depuis tD jusqu'a l'extrémité du parcours de refroidissement tE R = constante générale des gaz. 3.- Procédé suivant ltune des revendica tions 1 ou 2, caractérisé en ce que le temps de séjour dans la zone de traitement thermique et le parcours de refroidisse ment suivant est prédéterminé pour des couches différentes, concentriques au conducteur. 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le temps de séjour dans la zone de traite ment thermique et le parcours de refroidissement suivant est prédéterminé pour la couche isolante immédiatement voisine du conducteur. - 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce quton se sert de la prédétermination du temps de séjour comme base pour la détermi nation de la longueur de la zone de traitement thermique et du parcours de refroidissement. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le débit maximal nécessaire de l'extrudeur de matière isolante est prédéterminé en fonction de la longueur de l'installation. 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le taux de réticula tion sur les couches différentes concentriques du conducteur est prédéterminé#.