Brevet FR2337454A1 — publié le 19770729

La présente invention a trait de façon générale au refroidissement des câbles de transport d'énergie enterrés, et a plus particulièrement pour objet un procédé et un appareil pour refroidir les câbles de transport d'énergie, par évaporation d'un liquide à l'in térieur d'une enceinte fermée dans laquelle passent des portions de câbles et élimination de la vapeur résultante produite dans l'enceinte. Dans le cas des câbles de transport d'énergie enterrés, la capacité de transmission d'énergie électrique est limitée par la température maximale laquelle peut opérer le câble. La température du câble est liée directement à la quantité de chaleur produite par le cable et å la capacité du milieu environnant à dissiper cette chaleur. Quel que soit le procédé d'installation du câble électrique, on s'est toujours servi, jusqu'ici, du sol environnant le câble de transport d'énergie pour dissiper énergie calorifique produite.Toutefois, la conductivité thermique du sol étant généralement faible et variant avec les conditions climatiques locales et avec'l'humidité, on a jusqu'ici été obligé de prévoir un facteur de sécurité élevé dépendant de l'intensité du courrant passant dans les cables de transport d'énergie enterrés. Une intensité de courant plus élevée a été obtenue en utilisant des substances spéciales de remblayage ayant une-conductivité thermique améliorée et un certain pouvoir de rétention pour 11 humidité. En utilisant de tels matériaux, on a maintenant presque atteint en pratique la limite des possibilités de dissipation de la chaleur par le sol, bien que la demande en câbles de transport d'énergie supportant des intensités de courant accrues soit en perpétuelle accroissement. On sait que l'on peut refroidir les câbles de transport d'énergie en faisant circuler de l'eau ou de l'huile dans des tuyaux enterrés de façon adjacente le long de ces câbles ou dans des conduits de large diametre à l'intérieur desquels sont situés ces câbles. L'huile ou l'eau passe ensuite à travers des échangeur de chaleur refroidis à l'air ou a l'eau, lesquels échangeurs sont dls-~ posés de façon uniforme le long de la ligne de transmission. La présente invention remédie aux inconvénients inhérents aux systèmes connus de refroidissement des câbles de transport d'énergie enterrés. Elle consiste à évaporer un liquide contenu a l'intérieur d'une enceinte fermée dans laquelle passent des portions de cibles de transport d'énergie. La chaleur produite par les câbles fait évaporer une partie du liquide contenu à l'intérieur de l'enceinte fermée. Le liquide évaporé est ensuite éliminé de 1' enceinte fermée. L'appareil pour refroidir les câbles de transport d'énergie enterrés selon la présente invention comprend une enceinte fermée dans laquelle passent des portions du câble de transport d'énergie enterré. Un conduit d'admission et un conduit de sortie sont fixés à cette enceinte fermée et servent respectivement à y introduire le liquide et à éliminer ce dernier sous forme évaporée. Des moyens sont prévus pour répartir le liquide entrant dans l'enceinte fermée par le conduit d'admission à l'intérieur de cette enceinte fermée, de façon à ce que ce liquide refroidisse le câble enterré et soit évaporé par la chaleur produite par ce câble. Des moyens sont prévus pour amorcer l'élimination du liquide évaporé à travers le conduit de sortie. Le procédé de refroidissement par évaporation des câbles de transport d'énergie enterrés selon la présente invention consiste à alimenter en liquide une enceinte fermée s'étendant sur toute la longueur d'une portion de câble de transport d'énergie. Cette alimentation doit être faite de façon à ce que ce liquide soit réparti dans toute l'enceinte fermée. Un courant d'air pressurisé passe tout le long de cette enceinte fermée de façon à favoriser l'étape d'évaporation du liquide et à éloigner du câble de transport d'énergie le liquide évaporé. L'air pressurisé servant de support au liquide évaporé est ensuite amené à l'extérieur de l'enceinte fermée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation, avec référence aux dessins dans lesquels - la figure 1 représente la portion d'un câble de transport d'énergie muni d'un appareil de refroidissement selon la présente invention - la figure 2 est une vue agrandie en coupe verticale selon la ligne II-II de la partie formant l'enceinte fermée du mode de réalisation de la figure 1 - la figure 3 est une vue schématique arrière d'un puits d'accès comprenant un appareil de refroidissement des câbles de transport d'énergie, auquel est fixée une pompe à vide - la figure 4 est une vue de côté de l'appareil de refroidissement de la figure 3 - la figure 5 est une vue agrandie en perspective d'un autre mode de réalisation de la partie formant 1' enceinte fermée d'un appareil de refroidissement selon la présente invention représenté en section pertielle afin de montrer la disposition intérieure ; et - la figure 6 est une vue en coupe verticale prise selon la ligne VI-VI du mode de réalisation de la figure 5. Bien que le mode de réalisation décrit ci-dessous ait pour objet des câbles de transport d'énergie recouverts chacun d'une gaine, la présente invention s'applique également à d'autres types d'installations souterraines de câble de transport d'énergie, tel que par exemple des assemblages du type "tuyau rempli d'huile". En se référant aux figures 1 et 2, l'appareil selon la présente invention est destinée au refroidissement d'un circuit de transmission de courant haute tension triphasé, comprenant trois câbles 10 recouverts chacun d'une gaine, et situés à l'intérieur d'une enceinte fermée 12. Bien que l'on fasse référence à trois câbles situés dans l'enceinte fermée, l'appareil selon l'invention peut être utilisé avec n importe quel autre nombre de câbles. Ceci ne dépend que de la taille de l'enceinte fermée 12 utilisée. Les câbles 10 comprennent des conducteurs segmentaires en cuivre 14, un conduit central à l'huile 16, un système d'isolation 18 consistant en papier imprégné d'huile, une gaine protectrice métallique 20 et une gaine protectrice 22 en polyéthylène obtenue par extrusion. En se référant au mode de réalisation de la figure 2, chaque câble de transport d'énergie 10 est recouvert d'une couche externe de substance poreuse 24 appliquée sur le câble durant les étapes finales de sa fabrication. Un fil de glissage peut également être appliqué à la surface extérieure de la couche 24. La couche poreuse 24 peut être fabriquée en jute, en fibre de verre ou en toutes autres substances possédant un bon pouvoir de rétention de liteau, tout en étant chimiquement stable. La partie inférieure de l'enceinte fermée 12 définit sur toute sa longueur un premier passage contenant un liquide 26. La partie supérieure de l'enceinte définit sur toute sa longueur un second passage pour le transport de la vapeur. Puisque des portions des couches de substances poreuses 24 sont en contact avec le liquide 26, comme on le constate sur la figure 2, il est clair que certains des câbles de transport d'énergie avec leurs couches poreuses associées sont en contact à la fois avec le premier et le second passages. L'action capillaire de la couche poreuse fait se répartir le liquide 26 tout autour de la surface extérieure des câbles de transport d'énergie.Le liquide 26 est de préférence de l'eau que l'on a désionisée et chlorée afin d'éviter la formation de sels et la croissance d'organismes vivants à l'intérieur de l'enceinte fermée 12 et sur toute la surface extérieure des câbles 10. Une pompe à eau 28 de petite dimension, située à l'intérieur d'un puits d'accès 30, est utilisée pour pomper le liquide 26 depuis un réservoir 32 situé à l'intérieur du puits d'accès, à travers un conduit d'alimentation du liquide 34 relié à l'enceinte fermée 12. Le liquide 26 s'écoule sur toute la longueur de l'enceintefermée 12 par gravité, l'enceinte fermée étant inclinée vers le bas depuis le conduit d'alimentation 34 vers un réservoir de trop-plein 36 situé à l'extrémité opposée de l'enceinte fermée 12.Un conduit de sortie du liquide 39 est relié au fond du réservoir de trop-plein 36 et amène le liquide qui s'est accumulé à l'intérieur de ce réservoir de trop-plein 36 jusqu'au réservoir 32 situé à l'intérieur du puits d'accès 30. Le liquide 26 s'évapore en permanence à l'intérieur de enceinte fermée 12 à une vitesse qui dépend directement de la vitesse à laquelle la chaleur se dégage dans les câbles 10, et indirectement de diverses autres conditions d'opération du système. On peut réapprovisionner en eau les réservoirs principaux 32 à partir de réservoirs centraux située dans des sous-stations, au moyen d'une canalisation enterrée le long de l'enceinte fermée 12 ou passant à l'intérieur de cette enceinte fermée. Les raccords 38 entre les unités de longueurs de câbles d'énergie sont situés à l'intérieur des puits d'accès 30. Ces puits d'accès sont espacés les uns des autres d'environ 400 à 600 m sur toute la longueur du circuit. Afin de simplifier la présente description, le systeme de refroidissement de ces raccords et des terminaisons de câble n'a pas été décrit, mais on peut adapter un système de refroidissement similaire au système selon l'invention a toutes les sections du circuit. Les plaques d'extrémité 40 des enceintes fermées 12 sont situées à l'intérieur des puits d'accès 32 et fixées de façon étanche autour des câbles 10, rendant ainsi relativement étanches à l'air les enceintes fermées 12 entre les puits d'accès 32. Selon le mode de réalisation de la figure 1, les puits d'ac cès 30 comprennent aussi des souffleuses 42 constituées par des ventilateurs basse-pression de forte capacité. Les souffleuses 42 forment des moyens pour amorcer l'élimination du liquide de refroidissement évaporé par la chaleur produite par les câbles de transport d'énergie enterrés, à travers les sorties 44 pour le liquide évaporé. La prise d'air de chaque souffleuse 42 s'effectue à l'intérieur de chaque puits d'accès 30 grâce à des orifices 46 aménagés dans le couvert de chaque puits d'accès. On peut utiliser un filtre 48 soit à l'entrée soit à la sortie de chaque souffleuse 42.Le filtre 48 sert à éliminer les impuretés contenues dans l'air entrant dans l'enceinte fermée 12, afin de maintenir l'intérieur de cette dernière et la surface des câbles 10 dans un état de relative propret. L'air pressurisé sortant de la souffleuse 42 passe à travers un conduit 43 et entre dans l'enceinte fermée 12, créant à l'intérieur de celle-ci un courant d'air turbulent qui s'écoule sur toute la longueur de l'enceinte fermée 12. Ce courant d'air turbulent aide à l'évaporation du liquide à l'intérieur de l'enceinte fermée ét à l'évacuation du liquide évaporé résultant à travers le conduit de sortie 44 situé à l'intérieur du puits d'accès 30. Le mélange air-vapeur passe de - là dans l'atmosphère où se dissipe la chaleur produite par les câbles 10. L'air pressurisé entre à l'intérieur de l'enceinte fermée 12 avec une faible humidité spécifique, mais devient rapidement saturé en accumulant le liquide à l'état de vapeur ; cet air pres surisé subit en entrant une légère baisse de température. Au fur et à mesure que l'air pressurisé se déplace le long de l'enceinte fermée, sa température augmente du fait des processus de convexion forcée et l'evaporation-condensation en jeu. Cette augmentation de température donduit à une augmentation substantielle de l'humidité spécifique de l'air, c 'est-à-dire, de la capacité de l'air à contenir une quantité accrue de vapeur par unité de volume. Du fait de cette propriété, l'air est capable de transporter une plus grande quantité de chaleur tout en ne subissant qu'une augmentation minimum de température. L'air est donc un milieu adéquat pour le refroidissement des câbles de transport d'éner- gie 10.Des phénomènes de transfert et de condensation de vapeur se produisent aussi sur la surface intérieure de l'enceinte fermée -+ 12 du fait d'une dissipation de chaleur dans le sol environnant qui possède sa capacité habituelle de refroidissement. En se référant aux figures 3 et 4, on peut provoquer l'éva- poration du liquide à l'intérieur de l'enceinte fermée 12 en y maintenant une basse pression. Afin d'obtenir cette diminution de pression, on utilise une pompe à vide 50 à la place de la souf fleuse 42. La pompe à vide 50 est située à l'intérieur du puits d'accès 30 et possède une sortie 52 reliée à l'enceinte fermée 12. Selon ce mode de réalisation, l'enceinte 12 comprend les plaques d'extrémité 40 fixées de façon étanche aux câbles 10 de façon à obtenir une enceinte étanche de l'air. L'utilisation de la pompe à vide permet en outre de compenser les pertes dans le système. Le liquide est introduit et distribué à l'intérieur de l'enceinte fermée 12 de la façon décrite précédemment. Le conduit d'alimentation du liquide 34 et le réservoir de trop-plein 36 peuvent tous deux être installés à l'extrémité inférieure de l'enceinte fermée et inclinée 12. Le liquide est pompé le long d'un petit tube à l'intérieur de l'enceinte fermée et se décharge à l'extrémité opposé de cette enceinte. La pompe à vide 50 sert à réduire la pression à l'intérieur de l'enceinte fermée jusqu'à une valeur absolue de 50 à 100 mm de mercure, grâce à quoi on peut obtenir une évaporation rapide du liquide. Si l'on utilise l'eau, par exemple, comme liquide de refroidissement, elle bout à une température comprise entre 38 et 520C. La vapeur produite est pompée par la pompe à vide 50 et est évacuée à travers le conduit d'évacuation 54 dans l'atmôsphère, dissipant ainsi la chaleur produite par les câbles. Une condensation d'une certaine importance se produit aussi sur la surface interne de l'enceinte fermée 12, la chaleur libérée se dissipant dans le sol environnant. Lorsque l'on utilise l'enceinte fermée d'une largeur raisonnable, la nécessité de faire varier la pression à l'intérieur de l'enceinte pour amorcer l'écoulement de la vapeur est faible. La température de la vapeur et la température de la surface du câble sont donc l'une et l'autre sensiblement uniformes le long de l'enceinte fermée 12. La température de surface des câbles peut aussi être contrôlée en modifiant le taux de pompage de la pompe à vide 50 et la valeur de la pression obtenue à l'intérieur de l'enceinte fermée 12. En se référant au mode de réalisation des figures 5 et 6, on peut remplacer la couche de substance poreuse en utilisant un tube flexible 56 fixé sur la surface intérieure de l'enceinte fermée 12 le long de celle-ci, au moyen d'un manchon cylindrique 58. Ce manchon 58 est muni d'une fente sur toute sa longueur et est fixé sur la surface intérieure de l'enceinte fermée 12. Ce manchon est construit de façon à recevoir le tube flexible 56 et le maintenir au-dessus des câbles de transport d'énergie à l'intérieur de l'en ceinte fermée 12. Le tube flexible 56 comprend un certain nombre de vaporisateurs 60 dirigés vers le bas et répartis à égales distances sur toute la longueur de l'enceinte. L'écoulement du liquide à l'intérieur du tube flexible s'effectue à l'aide d'une petite pompe placée à l'intérieur du puits d'acces, ayant un conduit d'aspiration relié au réservoir principal placé aussi à l'intérieur du puits d'accès 30. Les vaporisateurs 60 produisent un brouillard à l'intérieur de l'enceinte fermée, lequel brouillard est transporté par l'écoulement d'air forcé. Le refroidissement se produit par évaporation des petites gouttes de liquide entrainées dans le courant d'air. L'évaporation du liquide peut aussi être obtenue en utilisant le mode de réalisation de l'invention comprenant la pompe à vide 50. REVENDICATIONS 1 - appareil pour refroidir des câbles de transport d'énergie enterrés, caractérisé en ce qu'il comprend - une enceinte fermée disposée et conçue defaçon à ce qu'une portion des câbles de transport d'énergie enterrés passe à l'intérieur - un conduit d'alimentation pour introduire un liquide dans l'enceinte fermée - un conduit de sortie pour évacuer le liquide évaporé de l'enceinte fermée - des moyens pour répartir le liquide à l'intérieur de l'enceinte fermée de façon à refroidir les câbles de transport d'énergie enterrés de façon à ce que le liquide soit évaporé par la chaleur produite par les câbles de transport d'énergie enterrés - des moyens pour amorcer l'élimination du liquide évaporé à travers le conduit de sortie. 2 - Appareil pour refroidir des câbles de transport d'énergie enterrés selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour répartir le liquide à l'intérieur de l'enceinte fermée sont constitués par une couche de substance poreuse recouvrant la surface externe de chaque câble dont une partie est en contact avec le liquide de façon à ce que ce dernier soit réparti sur toute la couche poreuse par action capillaire et humidifier ainsi de façon uniforme la surface extérieure de l'ensemble des câbles de transport d'énergie à l'intérieur de l'enceinte fermée. 3 - Un appareil pour refroidir des câbles de transport d'énergie enterrés selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour répartir le liquide à l'intérieur de l'enceinte fermée sont constitués par un tube flexible muni de vaporisateurs, s'étendant sur toute la longueur de l'enceinte fermée au-dessus des câbles de transport d'énergie, ledit tube flexible étant alimenté en eau au moyen d'une pompe de façon à ce que les vaporisateurs produisent un brouillard se déplaçant par écoulement d'air forcé, le refroidissement s'effectuant par évaporation des gouttelettes de liquide entraînées par l'écoulement d'air. 4 - Un appareil pour refroidir des câbles de transport d'énergie enterrés selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation servant à introduire le liquide est situé près d'une des extrémités de l'enceinte fermée, ladite enceinte fermée étant inclinée vers le bas depuis ladite extrémité munie du conduit d'alimentation de façon à faciliter la répartition du liquide sur toute sa longueur. 5 - Un appareil pour refroidir des câbles de transport d'énergie enterrés selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte fermée est munie d'un conduit de sortie situé à une extrémité éloignée du conduit d'alimentation en liquide, pour évacuer l'excès de liquide se trouvant à l'intérieur de l'enceinte fermée. 6 - Un appareil pour refroidir des câbles de transport d'énergie enterrés selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour amorcer l'élimination du liquide évaporé sont constitués par une souffleuse fixée à l'enceinte fermée près de l'extrémité munie du conduit d'alimentation en liquide, laquelle souffleuse sert à créer un courant d'air turbulent qui s'écoule sur toute la longueur de l'enceinte fermée et permet d'évacuer le liquide évaporé à l'in térieur de l'enceinte à travers le conduit de sortie. 7 - Un appareil pour refroidir des câbles de transport d'énergie end terrés selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un filtre est placé entre la sortie de la souffleuse et l'enceinte fermée pour éliminer les impuretés contenues dans l'air sous pression entrant dans l'enceinte fermée, de façon à maintenir l'intérieur de cette dernière et la surface des câbles dans un état de relative propreté. 8 - Un appareil pour refroidir des câbles de transport d'énergie enterrés selon la revendication I, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est l'eau. 9 - Un appareil pour refroidir des câbles de transport d'énergie enterrés selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'eau est désionisée et chlorée de façon à éviter la formation de sel et la croissance d'organismes vivants à l'intérieur de l'enceinte fermée et sur la surface extérieure des câbles de transport d'énergie. 10 - Un appareil pour refroidir des câbles de transport d'énergie enterrés selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour amorcer l'élimination du liquide évaporé hors de l'enceinte fermée sont constitués par une pompe à vide ayant une entrée reliée à l'enceinte fermée et une sortie donnant dans 11 atmosphère, ladite pompe à vide créant une zone de basse pression à l'intérieur de ladite enceinte fermée pour provoquer l'évaporation du liquide sous basse température, de façon à dissiper la chaleur produite par les câbles de transport d'énergie. 11 - Procédé pour refroidir par évaporation des câbles de transport d'énergie enterrés1 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes introduction d'un liquide de refroidissement à l'intérieur d'une enceinte fermée s'étendant sur toute la longueur d'une portions des câbles de transport d'énergie de façon à ce que le liquide soit réparti dans ladite enceinte passage d'un courant d'air pressurisé sur toute la longueur de ladite enceinte fermée de façon à favoriser l'évaporation du liquide et à éloigner le liquide évaporé desdits câbles de transport d'énergie ; et élimination hors de l'enceinte fermée dudit air pressurisé servant de support au liquide évaporé. 12 - Réseau de câble de transport d'énergie enterrés, caractérisé en ce qu'il comprend a) plusieurs enceintes allongées et fermées, disposées bout-àbout les unes à la suite des autres b) plusieurs stations, chacune située aux extrémités adjacentes de deux enceintes fermées c) un réservoir disposé dans chaque station, chaque réservoir étant équipé avec une alimentation en eau d) une pompe disposée dans chaque station, chaque pompe communiquant avec le réservoir de sa station et avec l'une desdites enceintes fermées e) au moins un câble de transport d'énergie passant à l'intérieur de chacune des enceintes fermées, chacune desdites enceintes fermées comportant une première portion définissant un premier passage pour de l'eau à l'état de liquide et une seconde portion définissant un passage pour de l'eau à l'état de vapeur, ces deux passages s'étendant sur toute la longueur de chacune desdites enceintes f) des moyens constitués par une couche de substance poreuse entourant le ou lesdits câbles de transport d'énergie, servant à répartir de façon uniforme par action capillaire l'eau circulant dans le premier passage de façon à humidifier la surface du ou desdits câbles, ce ou cesdits câbles de transport d'énergie étant en contact avec leur couche poreuse à la fois avec ledit premier et ledit second passages g) des moyens associés à chaque enceinte fermée pour faire passer de façon forcée la vapeur d'eau contenu dans ladite enceinte fermée vers l'atmosphère h) l'ensemble des moyens prcédemment énumérés étant combiné de fa çon à ce que l'eau prélevée dans ledit premier passage par la couche de substance poreuse soit évaporée dans ledit second passage en refroidissant le ou lesdits câbles de transport d'énergie et de fa çon à ce que la vapeur d'eau ainsi formée soit déplacée en aval de chacune desdites enceintes fermées par lesdits moyens de circulation et soit chauffée par le ou lesdits câbles de façon à augmenter encore l'évaporation de la portion aval du ou desdits câbles. 13 - Un réseau de câbles de transport d'énergie enterrés selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'évacuation de l'eau reliant chaque enceinte fermée à l'un desdits réservoirs, chacun de ces moyens d'évacuation amenant l'excès d'eau fourni par le réservoir d'une station jusqu'au réservoir de la station suivante déposée en aval. 14 - Un réseau de câbles de transport d'énergie enterrés selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un conduit d'alimentation en liquide fixé par les extrémités de chaque enceinte fermée, ledit conduit reliant ladite enceinte fermée à la pompe située dans la station placée en amont, et ce ce qutil comprend un conduit de sortie de la vapeur situé près de l'autre extrémité de ladite enceinte fermée, ledit conduit de sortie faisant communiquer ladite enceinte fermée avec l'atmosphère, ledit moyen servant à faire circuler de façon forcée la vapeur d'eau étant constituée par une souffleuse disposée à une des extrémités de l'enceinte fermée près du conduit d'alimentation en liquide et étant adapté oour créer un courant d'air turbulent permettant d'évacuer le liquide évaporé à l'extérieur de l'enceinte fermée à travers le conduit de sortie. 15 - Un réseau de câbles de transport d'énergie enterrés selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'eau est désionisée et lé- gèrement chlorée de façon à éviter la formation de sel et la croissance d'organismes vivants à l'intérieur de l'enceinte fermée et sur toute la surface des câbles de transport d'énergie. 16 - Un réseau de cales de transport d'énergie enterrés selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen servant à faire circuler de façon forcée la vapeur d'eau est constituée par une pompe à vide ayant une entrée reliée à l'enceinte fermée et une sortie donnant dans l'atmosphère, ladite pompe créant une zone de basse pression à l'intérieur de l'enceinte fermée assurant l'évapo- ration de l'eau à basse température et la dissipation de la chaleur produite par les câbles de transport d'énergie.