Brevet FR2378338A1 — publié le 19780818

L'invention concerne un cable électrique de puissance résistant a l'humi- dité et permettant notamment de transporter dans le sol une puissance électrique importante, par exemple 10 !RA. Un tel câble présente classiquement une structure coaxiale. I1 comporte une âme conductrice axiale, constituée de fils de cuivre ou d'aluminium. Ces fils sont entourés par une couche semi-conductrice "interne" constituée d'une matrice polymérique telle que du polyethylène, chargée de noir de carbone et destinée à former une surface équipotentielle cylindrique. Cette structure est entourée par une couche isolante épaisse généralement constituée de polyéthylene et réalisée par extrusion. La couche isolante est elle-même entourée par une gaine semi-conductrice "externe", qui définit une surface équipotentielle portee au potentiel de la terre. Cette gaine semi-conductrice externe est constituée de polyéthylène ou de copolymère d'éthylène ou analogue chargé de noir de carbone. Elle est elle-même entourée par d'autres couches qui ont pour fonction d'assurer une bonne résistance mécanique, de contribuer à un bon contact électrique avec la terre, et d'assurer une conduction électrique suffisante dans le sens longitudinal. Ces autres couches peuvent être constituées en continuant à s'éloigner de l'axe, par un ruban de cuivre, par une deuxième gaine d'un polymere chargé ou non d'un noir de carbone isolant et énfin par une gaine de plomb dans le cas de câbles à haute tension. D'autres structures de câbles sont évidemment possibles en couches coaxiales avec une couche isolante principale autour de l'âme conductrice, et au moins une gaine entourant cette couche isolante principale et constituee d'un haut polymère organique tel que le polyéthylène. Un probleme important est relatif à la durée de service de tels câbles lorsqu'ils sont enterrés et mis sous tension électrique. Cette tension électrique, par exemple 220kV efficaces, à fréquence industrielle c'est-à-dire 50Hz en France, fait régner dans la couche isolante un champ électrique qui peut atteindre au voisinage de l'âme IOkV/mm efficaces. Or, on sait que les matériaux isolants macromoléculaires n'étant pas parfaitement homogènes, il subsiste dans la masse des cavités minuscules appelees "vacuoles". Quand l'isolant est soumis à une tension électrique, une fraction de celle-ci s'établit entre faces opposées de la vacuole et devient parfois suffisante pour provoquer une décharge dans le gaz de la vacuole. Ces décharges "partielles" ont une amplitude de quelques picocoulombs et provoquent à la longue la dégradation du matériau isolant, cette dégradation se manifestant par l'apparition d'arborescences "électriques" et finalement par le claquage électrique de l'isolant. C'est pourquoi on incorpore dans le matériau isolant une petite proportion d'un matériau "stabilisant en tension" propre à éteindre ces décharges partielles. Ce materiau est classiquement constitué de diphenylparaphenylene diamine (DPPD) et Joue en même temps le rôle d'antioeydant. Ilaîheureusement, l'utilisation de ce stabilisant n'empêche pas complètement une autre forme de détérioration qui apparaît dans le cas d'un câble restant enterre de nombreuses années tout en supportant de fortes tensions électriques. L'action conjuguée de l'humidité, de divers ions, et du champ électrique intense, provoque en effet alors, dans le matériau isolant, l'apparition d'arborescences "électrochimiques" sans décharges électriques mesurables. Lorsque celles-ci ont atteint une importance suffisante, elles provoquent des renforcements locaux du champ électrique suffisamment grands pour provoquer à leur tour l'apparition d'arborescences électriques malgré la présence du DPPD. La présente invention a pour but la réalisation d'un câble électrique de puissance résistant à l'humidité, dans 11 isolant duquel ntapparaît pas d'arborescences électrochimique ou électrique, susceptibles de limiter la durée de vie des câbles enterrés ou immergés. Elle a pour objet un cable électrique de puissance résistant à l'humidité et comportant, - une âme conductrice, - et une couche isolante entourant cette âme et constituée d'un haut polymere organique extrudable dans lequel est incorporé un matériau stabilisant en tension, caractérisé par le fait que le matériau stabilisant an tension comporte un thiobisphenyl symétrique répondant à la formule Ph (R1, R2, R3, R4, R5) - S - Ph (R1, R2, R3, R4, R5) dans laquelle Ph représente un noyau benzénique et R1, R2, R3, R4 et R5 représentent de lthydrogène ou des groupements organiques, l'un au moins des groupements R1 et R5 adjacents au soufre étant constitué par un hydrogène ou un groupement méthyl CH3. A l'aide de la figure schématique unique, ci-jointe, on va décrire ci-après, à titre non limitatif, un mode de mise en oeuvre de l'invention. Cette figure représente une vue en coupe d'un câble selon l'invention. La câble selon l'invention, comporte, dans un mode de réalisation, une âme constituée de fils 2 de cuivre ou draluminium > d'un diamètre total de 21mm, entourée par une gaine semi-conductrice interne 4 constituée classiquement de polyéthylène chargé de noir de carbone avec une épaisseur de 1,5mm. Cette gaine interne est entourée par une couche isolante 6 épaisse de 2,2cm, et constituée de polyéthylena basse densité comportant un matériau stabilisant en tension avec une proportion comprise entre 500 et 1000 parties par million en poids. Cette couche isolante est entourée par une gaine semi-conductrice externe R- épaisse de 2 mm, constituée de polyéthylene ou d'un copolymere d'éthylène tel que l'élastomere ethylene-propylene-diene-monomere. Cette gaine comporte une charge de noir de carbone avec une proportion comprise entre 10% et 40 en poids. Cette première gaine externe 8 est entourée par un ruban de cuivre 10 permettant d'améliorer la conductivité longitudinale, lui-même revêtu par une deuxieme gaine en PVC chargée de noir de carbone isolant. Selon l'invention, le matériau stabilisant en tension est un thiobisphenyl symétrique répondant à la formule : Les groupements R1, R2, R3, R4 et R5 peuvent être divers. il semble cependant avantageux que l'un deux, le groupement R3 en position para par rapport au soufre de préférence, soit un groupement hydroxyle de manière à constituer un bisphenol propre à accroître le pouvoir antioxydant. Ce rôle est nécessaire, indépendamment des conditions d'humidité et de tension électrique, pour éviter la dégradation du polyéthylène par oxydation.Il semble de plus préférable, pour éviter une mobilité excessive de la molécule que l'un au moins des groupements alcoyle par exemple R2, comporte au moins quatre atomes de carbone dont l'un au moins est relié à deux autres. Un tel groupement peut être constitué par le tertiobutyl : - C (CH3)3 Il convient cependant d'éviter l'encombrement stérique du soufre. Un bon choix semble être le 4-4' thiobis (3 méthyl, 6 tertiobutylphenol) de formule CR3 de formule : CH3)-C-CH3 H p CR3-CH3 H0 S > QE HO s HCH CE3 H incorporé dans le matériau isolant dans une porportion comprise entre 0,02 et 0,5Z en poids. Ce corps est vendu par la Société américaine bionsanto sous la marque commerciale "Santonox". il a été utilisé comme antioxydant notamment dans le matériau de gainage externe de câbles de télécommunications, en l'absence de champ électrique. L'efficacité de ce produit semble devoir être attablée à l'atome de soufre lié aux noyaux benzéniques. Des essais ont été effectués sur des plaques de 0,5mm d'épaisseur de polyéthylene basse densité fabriqué par la firme française ATO sous la référence 1002 CN22, et dans lequel on a incorporé 800 parties par million d'additif, et qu'on a soumis à un champ électrique de 3Kv/mm à 3sEz dans une solution de chlorure de sodium à 30g/l, à température ambiante pendant 700 heures. La rigidité diélectrique de la plaque tombé à 27kv/mm lorsque l'additif est le Santonox et à 16kv/mm lorsque l'additif est le DPPD, alors que dans les deux cas elle était au départ de 51 kv/mm. REVENDICATIONS 1/ Câble électrique de puissance résistant à l'humidité et comportant - une âme conductrice, - et une couche isolante entourant cette âme et constituée d'un haut polymere organique extrudable dans lequel est incorpore un matériau stabilisant en tension, caractérisé par le fait que le matériau stabilisant en tension comporte un thiobisphenyl symétrique répondant à la formule Ph (R1, R2, R3, R4, R5) - S - Ph (R1, R2, R3, R4, R5) dans laquelle Ph représente un noyau benzénique et R1, R2, R3, R4 et R5 representent de l'hydrogene ou des groupements organiques, l'un au moins des groupements R1 et R5 adjacents au soufre étant constitué par un hydrogene ou un groupe méthyl CH3. 2/ Cible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau stabilisant en tension est incorporé dans le haut polymère organique dans une proportion comprise entre 0,02% et 0,5X en poids. 3/ Câble selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'un des groupements R2, ES et R4 non adjacents au soufre est un groupement hydroxyle OH, les groupements R2, R3 et R4 autres que le groupement hydroxyle étant deux groupements alcoyles. 4/ Câble selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'un au moins des groupements R2, R3 et R4 comporte au moins quatre atomes de carbone dont l'un au moins est relié à deux autres. 5/ Câble selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le matériau stabilisant en tension est le 4,4' thiobis(3-méthyl ; 6 tertiobutylphénol).