Brevet FR2312128A1 — publié le 19761217

L'invention concerne un procédé de réduction des effluves dans les appareils à haute tension ainsi que le produit obtenu. Tl existe de nombreuses applications qui nécessitent de hautes tensions électriques, c'est-à-dire des tension supérieures à 1 kV environ. Une forme de construction de câble largement utilisée pour la transmission de ces tensions comprend un conducteur (habituellement toronné) par dessus lequel a été extrudée une couche isolante, habituellement de polyéthylène ou autre matière thermoplastique appropriée. Habituellement, une couche semiconductrice appelée blindage de conducteur est extrudée comme couche intermédiaire entre le conducteur et la couche isolante. Par dessus la couche isolante est disposée encore une autre couche concentrique formée d'une matière semiconductrice et appelée blindage d'isolation. Dans la technique, ce type de cS- ble est généralement appelé câble blindé.Dans diverses applications, la couche isolante d'un cible blindé est soumise à diverses grandeurs de contrainte électrique (dest-à-dire à des gradients de tension) qui dépendent de son épaisseur et de la tension appliquée. Fréquemment, un câble de ce genre est raccordé à un autre câble ou à des bornes. Le mot "raccordement" s'étend ici aux terminaisons car les exigences électriques sont pratiquement identiques. En pareil cas, il faut détacher une partie du revê- tement extérieur semiconducteur (blindage d'isolation), de la couche isolante et du blindage de conducteur, pour dénuder le conducteur. Une fois que le raccordement entre les torons des conducteurs des deux câbles ou entre la borne et les torons du conducteur d'un seul câble a été établi, il faut rétablir la structure de blindage et d'isolation, par exemple en disposant par dessus la zone dénudée une ou plusieurs couches de ruban isolant ou une matière isolante tubulaire comportant à la fois des couches diélectriques (isolantes) et des couches semicon ductrices. Dans le cas de gros conducteurs, même à des tensions d'environ 15 kV seulement, un gradin appréciable est crée dans le diamètre du câble par l'enlèvement du blindage d'xDlation étant donné que l'épaisseur nécessaire de la couche semiconductrice de blindage d'isolation augmente avec la grosseur du câble et la tension de service prvue. D'autre part, beaucoup de blindages d'isolation ne sont pas liés étroitement à la couche isolante et lorsqu'on coupe et que l'on détache la couche semiconductrice de blindage d'xDlation pour découvrir la couche isolante, le blindage risque de s'écarter.Ainsi, la zone de gradin devient la zone la plus critique de tout le raccordement parce que l'en- lèvement du blindage d'isolation a pour effet d'exposer cette zone à une contrainte intense qui est généralement plus critique à des tension pis élevées. Les cavités de cette zone sont donc soumises à des contraintes qui, selon la géométrie des cavités, peuvent être suffisantes pour amorcer une ionisation de l'air dans la cavité et donc une altération des propriétés électriques et par suite, de l'utilité du câble. Tous les moyens employés pour lutter contre les contraintes sur toute la longueur du raccordement, quels qu'ils puissent être, dépendent d'un rétablissement ou d'un remplacement efficaces de toutes les diverses couches concentriques, réalisant une intégrité électrique complète. Ce problème se pose depuis longtemps et il est bien connu depuis de longues années que l'on peut seulement le résoudre en préparant très soigneusement le câble et en installant très soigneusement le raccordement, spécialement pour les cibles à haute tension. Une solution de ce problème consiste à prévoir un amincissement graduel du blindage d'isolation en direction de la couche isolante. Toutefois, ce procédé nécessite une main d'oeuvre qualifiée et beaucoup de travail. Une variante (méthode de la zone de potentiel zéro) appliquée avec certains dispositifs à glisser en place, vise à amener au plus près du gradin une partie conique semiconductrice du dispositif et à la mettre en contact ferme avec le blindage d'isolation aussi bien qu'avec la surface de la couche isolante.On peut appliquer une graisse de silicone à la surface extérieure de la couche isolante avant l'assemblage pour faciliter le glissement du dispositif sur la longueur du raccordement et jusqu'au gradin. L'excès de graisse de silicone esttoussé en avant du dispositif et peut jouer le role d'un moyen d'étanchéité à la jonction des couches semiconductrice et isolante. Malheureusement, la graisse de silicone tend à émigrer de la zone de gradin, ce qui entrasse parfois un claquage électrique en service.Une peinture conductrice appli quée le long de la surface extérieure de la couche isolante, sur le gradin et sur le blindage d'isolation, peut constituer un moyen efficace d'assurer une transition car elle établit un bon contact électrique avec le blindage d'isolation et présente une épaisseur négligeable le long de la surface de la couche isolante du câble. Cette solution nécessite aussi une main d'oeuvre qualifiée. Il est vrai qu'un tel procédé peut assurer un fonctionnement sans effluves sur des surfaces parfaites, mais dans les cas où il existe des imperfections de surface, c'està-dire pratiquement toujours, l'écoulement de la peinture dans ces zones crée des saillies conductrices pénétrant dans l'isolation du câble, ce qui peut ensuite amorcer un effluve en couronne ou localisé lorsque le câble est soumis à une haute tension.Cela est souvent causé par des particules conductrices présentes comme impuretés dans le diélectrique ou par des cavités à l'intérieur desquelles l'ionisation des gaz se produit. Il a été proposé aussi d'employer une matière plastique conductrice durcissable Comme dans le cas des peintures conductrices, il est vrai que lton peut obtenir des résultats acceptables, mais l'intégrité des raccordements dépend fortement de l'habileté et la préparation nécessite beaucoup de main d'oeuvre; d'autre part, ce dispositif est aussi très sensible à la présence d'imperfections de surface de l'isolation. Récemment, un progrès considérable de la technique des raccordements pour haltes tensions a résulté de l'introduction de tubes thermorétractables assurant la protection mécanique et l'isolation électrique. Les produits de ce genre sont considérablement plus simples à appliquer et leurs qualités de service dépendent donc moins de l'habileté dans l'application que pour d'autres moyens antérieurement connus de raccordement et d'isolation. Toutefois, même avec cette nouvelle solution, qui utilise une bande d'adhésif fusible confinant à la zone du gradin, il faut encore une certaine habileté. Quel que soit le procédé utilisé, le processus de rétablissement peut entratner la formation de cavités à l'endroit où le blindage primitif d'isolation a été coupé. Par suite, quand le câble est en service, les contraintes de haute tension en cet endroit, agissant sur l'air emprisonné dans les cavités, peuvent conduire à une ionisation qui, à son tour, cause un effluve. Celui-ci forme de l'ozone à partir de l'oxygène de l'air, agissant en fin de compte de manière à causer une défaillance de tout le système d'isolation. L'invention a pour objet un procédé d'élévation dÙ niveau d'extinction d'effluves dans les appareils à haute tension, caractérisé par le fait que l'on applique à une surface de ceux-ci, dans la région où l'effluve peut se produire, une graisse à base d'huile, la graisse et de préférence aussi son huile de base ayant une constante diélectrique supérieure à 4 environ et une résistivité volumétrique supérieure à environ 1 x 108 ohms-cm. L'invention a aussi pour objet un appareil soumis en service à une contrainte élevée de tension et dans lequel une région soumise à une contrainte de tension contient l'huile à base de graisse indiquée. La graisse est de préférence appliquée dans la zone critique de gradin où l'on a détaché le blindage d'isolation, de manière à boucher la cavité qui se produirait autrement. De préférence , la graisse a une viscosité relativement faible à la température ambiante, par exemple de 30 à 150 Po à une vitesse de cisaillement de 103 s se?. De préférence aussi, la tension su- perficielle critique de la graisse est telle qu'elle mouille la surface d'une couche de l'isolant ou autre matière qu'elle touche. On contracte ensuite par dessus toute la structure un élément tubulaire semiconducteur thermorétractable pour former le blindage d'isolation. La graisse à base d'huile est d'un type qui ne sert habituellement dans aucun type d'applications électriques. De nombreuses graisses ne conviennent pas au procédé de l'invention. Comme on l'a dit plus haut, pour être utiles dans l'invention, une graisse et son huile de base doivent avoir une constante diélectrique supérieure à 4 environ et de préférence de 4 à 10. De préférence, la graisse a une viscosité assez faible pour que l'application soit facile et pourtant assez élevée pour résister à l'écoulement et à la migration en service. On a trouvé qu'une viscosité variant d'environ 30 à 150 Po et de préférence de 40 à 130 Po, à une vitesse de cisaillement de 103 s 1 mesurée à la température ambiante, convient particulièrement. D'autre part, la tension superficielle de la graisse doit être telle qu'elle mouille la surface de la matière polymère qui l'entoure de manière à réduire au minimum la reformation de cavités, due au fait que la graisse se retire de la surface avec laquelle elle est en contact.Pour mouiller facilement des surfaces polymères, il faut de préférence que la tension superficielle critique soit inférieure à 40 dynes-cm 1, de préférence encore, inférieure à environ 35 dynes-cm 1. Des graisses particulièrement appropriées ont une tension superficielle d'environ 10 à 35 dynes-cm 1. Des graisses utiles à cet effet pourront titre préparées par l'homme de l'art, compte tenu des propriétés exigées et indiquées plus haut. Toutefois, des graisses qui se trouvent actuellement dans le commerce et qui conviennent à l'invention sont notamment les suivantes 1) "Batco X-8388A2" , fourni par Battenfeld Drum and 0i1 Company et qui est un polyalcoylèneglycol épaissi par un savon de lithium 2) "FS-1281", fourni par Dow Corning, huile de fluorosilicone épaissie par la silice ; 3) "FS-3451", fourni également par Dow Corning, huile de fluorosilicone épaissie par un polymère fluoré. Les propriétés de ces graisses sont récapitulées au Tableau I. Le "SWS G39", fourni par Stauffer-Wacker, est une huile de diméthylsilicone chargée de silice fumée. Le "DC 2" fourni par Dow Corning est une huile de diméthylsilicone chargée de silice fumée. Ces deux dernières matières sont des exemples de graisses qui ne conviennent pas à l'invention. Tableau I Graisse Viscosité Po à Tension su- Constante Facteur de Résistivité volumé10 s-1 perficielle diélec- dissipa- trique (ohms-cm) tempéra- 52 C critique trique tion ture dynes-cm-1 ambiante 1 FS-1281 130 104 22 4,3 5-11x10-4 1,4x1013 2 FS-3451 54 28,5 14 4,63 4,2-17x10-3 4,8x1011 3 Batco X-8388A2 - - - 5,16 0,14 3,1x109 4 SWS G39 - - - 3,22 0,005 5,6x1012 5 DC 2 - - - 2,80 0,006 2x1015 On décrira maintenant deux formes d'objet construit selon l'invention et un procédé pour sa fabrication, à titre d'exemples seulement, à propos des dessins annexés sur lesquels la figure 1 montre un tronçon dénudé d'un cible du type utilisé dans la transmission de courant électrique à haute tension la figure 2 est une coupe axiale d'une terminaison de cible électrique comportant un tube thermorétractable de dégradation de contraintes dans la zone où le blindage d'isolation est coupé la figure 3 montre objet de la figure 2 auquel une graisse est appliquée et la figure 4 un autre objet constitué selon l'invention. On considèrera maintenant plus spécialement la figure I elle montre un tronçon de câble du type construit pour la transmission de courant à haute tension. L'élément conducteur, indique sous la forme d'un conducteur ciblé bien qu'il puisse bien entendu être massif, est entouré d'une couche semiconductrice, habituellement une couche extrudée, appelée blindage de conducteur 2. Une couche isolante 3, à nouveau habituellement extrudée, est placée par dessus. Autour de la couche isolante est disposée (habituellement par extrusion) une autre couche concentrique et coaxiale de matière semiconductrice 4 appelée blindage d'isolation. Comme on l'a représenté, les couches de blindage et dti- solation ont été détachées de manière à découvrir le conducteur en vue de l'établissement d'un raccordement entre celui-ci et un autre tronçon de cabale, ou encore, de la liaison électrique entre le cible et une borne appropriée, par exemple une cosse. La couche isolante et le blindage d'isolation sont détachées de la façon dégradée qui est représentée, ce qui facilite un rétablissement progressif et un gradin 6 est prévu à l'extrémité de la matière semiconductrice 4. On considèrera maintenat la figure 2 ; elle montre en coupe axiale une partie du cible de la figure 1, portant un revê- tement supplémentaire 5 de matière semiconductrice thermorétractable de dégradation de contraintes, disposée de manière à limiter les contraintes là où le blindage d'isolation a été détaché. Les manchons rétractables sont formés de divers polymères appropriés auxquels il est possible de communiquer la propriété de reprise thermique. Des procédés de fabrication de polymères et tubes susceptibles de repise thermique sont décrits dans les brevets des E.U.A. nO 3 086 242, 3 243 211 et 3 297 819. La matière polymère utilisée pour le manchon peut varier selon l'application particulière. Bien entendu, il doit s'agir d'une matière semiconductrice dans ce cas particulier. Comme le montre la figure 2, le gradin 6 que l'on obtient en détachant une partie du blindage d'isolation 4 de la couche isolante 3 a pour effet que le revêtement extérieur 5, qui est un manchon semiconducteur susceptible de repise thermique, se déforme en tendant à s'adapter au changement de configuration. Toutefois, l'adaptation est imparfaite et il en résulte une cavité 7. L'air emprisonné dans cette cavité constitue un milieu dans lequel un effluve peut apparattre à des tensions relativement basses, particulièrement dans les circonstances où, pendant des temps courts, le câble est soumis à des conditions de surtension. L'oxygène de l'air emprisonné se convertit en ozone qui accélère la dégradation des matières polymères environnantes. On utilise des échantillons des cinq graisses mentionnées plus haut pour remplir la cavité 7 de structures similaires à celle de la figure 4. Une extrémité du conducteur 1 est reliée à un torride exempt d'effluves d'un transformateur de 100 kV. L'autre extrémité est reliée à une sphère exempte d'effluves. Les fils neutres environnants 9 sont reliés à la terre. On applique des tensions croissantes jusqu'à ce qu'un effluve s'amorce puis on les abaisse jusqu'à ce que l'effluve disparaisse (niveau d'extinction d'effluve ou NEE). On répète alors l'essai en élevant encore la tension à 50 kV et en l'y maintenant pendant 5 minutes, puis en l'abaissant jusqu'à ce que le NEE soit à nouveau atteint. Les NEE obtenus initialement et au bout de 5 minutes à 50 kV sont indiqués au Tableau II. Dans une autre série d'essais, on applique les graisses à des terminaisons d'un câble de 750 MCM et 15 kV, isolé par du polyéthylène réticulé et on applique par dessus le tout, pour dégrader les contraintes, un tube semiconducteur susceptible de reprise thermique. On soumet les ensembles à une charge cyclique, ctest-à-dire à 30 cycles de 8 heures en charge et 4 heures sans charge, avec un courant de 1100 A, et en mdme temps on applique une contrainte de tension de 20 kV entre le conducteur et la terre. On examine alors l'isolation pour détecter tout signe de dégradation, par un nouvel essai d'effluve et les résultats sont aussi donnés au Tableau II. Tableau II Graisse Initialement Au bout de 5 minutes Après charge cy clique FS-1281 22,5 35,0 pas de changement 19,0 28,0 24,0 35,0 FS-3451 30,0 36,0 pas de changement 30,0 38,0 30,0 38,0 Batco 24,0 30,0 réduction X-8388A2 26,0 35,0 modérée SWS G39 11,5 11,0 non satisfaisant *DC 2 14,5 12,0 non satisfaisant 30,0 15,0 *Note : ces graisses sont des exemples de matières isolantes non conformes à l'invention. Par les résultats du Tableau II, on peut voir que l'on obtient des niveaux initiaux d'extinction d'effluves d'environ 20 ou davantage. Chose inattendue, ces valeurs augmentent en fait au bout deX5 minutes d'exposition à 5 kV. Les chiffres obtenus sont très supérieurs à ceux qu'exige l'IEEE nO 48 pour les terminaisons de cibles de 15 kV. On fait aussi des essais sur des câbles destinés à des tensions supérieures à 15kV, par exemple sur des cibles de 69 kV et on obtient avec les graisses selon l'invention des NEE atteignant 100 kV. On a décrit et représenté l'invention dans une application très déterminée. L'homme de l'art comprendra qu'il est possible de faire beaucoup d'autres applications diverses en utilisant des graisses répondant aux conditions ci-dessus. Le procédé selon l'invention peut s'appliquer avantageusement lorsque les cavités sujettes à l'effluve varient fortement de grandeur. Par exemple, dans le cas d'un cible blindé, les problèmes des fluves provenant des cavités que l'on crée en coupant l'isola tion sous-jacente pendant l'enlèvement de la couche semiconductrice extérieure peuvent être atténués par le procédé de l'invention, aussi bien que l'inconvénient déjà décrit causé par l'épaulement situé à l'extrémité du semiconducteur. On peut concevoir d'autres variantes sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'élévation du niveau d'extinction d'effluves dans un appareil à haute tension, caractérisé par le fait que l'on applique à une surface de celui-ci, dans la région de laquelle un effluve peut se produire, une graisse à base d'huile et ayant une constante diélectrique supérieure à 4 environ et une résistivité volumétrique supérieure à 1 x 108 ohms-cm environ. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la constante diélectrique de la graisse est de 4 à 10. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la viscosité de la graisse, mesurée à une vitesse de cisaillement de 103 s 1 à la température ambiante, est de 30 à 150 Po. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la tension superficielle de la graisse est telle qu'elle mouille la matière à laquelle on l'applique. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la viscosité de la graisse est de 40 à 130 Po. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la tension superficielle de la graisse est inférieure à 40 dynes-cm 1. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la tension superficielle est inférieure à 35 dynes-cm 1. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la tension superficielle est de 10 à 35 dynes-cm 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la surface à laquelle on applique la graisse est une surface d'un composant de cabale, dans la région d'une jonction entre celui-ci et un autre élément d'équipement électrique. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la jonction est un raccordement entre deux câbles ou une terminaison de câble. il Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la surface est la surface d'une matière semiconductrice. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que l'on applique la graisse à la surface de manière à remplir une cavité entre cette surface et une autre surface. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que l'huile de base de la graisse présente la constante diélectrique et la résistivité volumétrique indiquées pour la graisse à l'une des revendications 1 et 2. 14. Appareil soumis en service à une forte contrainte de tension et caractérisé par le fait qu'une région soumise à une contrainte de tension contient la graisse selon l'une des revendications 1 à 8. 15. Appareil électrique obtenu par un procédé selon l'une des revendications 1 à 13. 16. Procédé de rétablissement du blindage semiconducteur d'un câble électrique destiné à conduire un courant à haute tension et dont on a enlevé une partie d'une couche extérieure de blindage semiconducteur d'isolation pour découvrir une partie de la couche d'isolation sous-jacente en formant ainsi un gradin entre la couche d'isolation et la couche de blindage, procédé caractérisé par le fait que l'on applique à la zone de gradin une graisse à base d'huile et ayant une constante diélectrique supérieure à environ 4 et une résistivité volumétrique supérieure à environ 1 x 108 ohms-cm et que l'on contracte par dessus cette zone de gradin un tube thermorétractable en matière semiconductrice, la graisse remplissant la cavité qui existe à l'endroit du gradin entre le tube thermorétractable et les couches sous-jacentes. 17. Procédé selon la revendication 19, caractérisé par le fait que l'huile qui est à la base de la graisse présente aussi la constante diélectrique et la résistivité indiquées.