Brevet FR2371804A1 — publié le 19780616

La présente invention concerne les extrémités de câbles électriques à champ radial moyenne tension et plus particulièrement un procédé pour la réalisation de telles extrémités permettant une répartition plus uniforme du champ électrique le long de l'extré- mité du câble. Les câbles électriques moyenne tension à champ radial comprennent généralement un ou plusieurs conducteurs constitués chacun d'une âme conductrice métallique, en cuivre ou en aluminium par exemple, sur laquelle sont déposés successivement une enveloppe semi-conductrice constituant l'écran intérieur, une enveloppe isolante extrudée en matière thermoplastique ou réticulée, puis une enveloppe si conductrice constituant l'écran extérieur et enfin un écran métallique de protection luiZmeme recouvert éventuellement par une gaine extérieure en matière synthétique isolante. Par enveloppe semi-conductrice, on entendra le terme, usuel- lement admis dans la technologie des câbles électriques, signifiant presque conductrice et presque isolante. Lors de la préparation d'extrémités de tels capables en vue de leur adaptation sur d'autres extrémités de câbles ou sur des équi pements, ces différentes couches sont enlevées suivant des longueurs appropriées et L'ami du câble elleXmême est dénudée sur une certaine longueur. L'écran métallique est arrêté à une certaine distance de l'extrémité du câble et laisse apparaître à nu dans son voisinage la couche semi-conductrice extérieure. La couche isolante est ainsi dénudée sur une longueur déterminée par la tension de service et par le mode d'exploitation envisagé. Lors de la-confection de telles extrémités, il convient d'uniformiser la répartition du champ électrique au voisinage de l'arrêt de chaque enveloppe. En particulier, au voisinage de ltarrêt de l'écran semi-conducteur extérieur, il se forme une concentration du champ électriquessce qui crée des zones d'ionisation le long de la couche isolante et occasionne des décharges électriques lors de l'exploitation. Afin de combattre ces décharges électriques en service, différentes solutions ont déjà été proposées L'une d'elles consiste à prolonger l'écran équipotentiel par un cône déflecteur qui, réaliv sé par rubanage ou moulage sur le site, atténue l'effet de rupture de continuité de ltenveloppe équipotentielle. Un tel procédé présente l'inconvénient d'accroître l'encombrement du câbles et nécesZ site une main d'oeuvre spécialisée. Un autre procédé consiste à recouvrir l'extrémité de l'écran équipotentiel ainsi qu'une partie voisine de l'enveloppe isolante au moyen de rubans et enduits répartiteurs de champ par variation de résistivité. Cependant, une telle méthode n'est pas satisfaisante car les rubans n'ont pas une adhérence durable et efficace. Un autre procédé, décrit dans la demande de brevet 72 13 569 consiste à recouvrir l'extrémité de câble au moyen d'un manchon thermorétractable servant de support à un enduit répartiteur de champ par variation de résistivité. Ce manchon est ajusté sur l'enveloppe par chauffage ce qui nécessite ltesploi d'une source de chaleur.De plus, ces matériaux synthétiques présentent un coefficient de dilatation élevé et subissent des changements dimension- nels lors de la aise en service du cable qui conduisent, après un certain temps de fonctionnement du câble, à un relachement des rubans ou manchons Des décollements peuvent se produire le long de la partie isolante des extrémités de câblesainsi réalisées créant des espaces vides favorisant la naissance de décharges électriques. Ainsi, au cours de cycles de chauffage suivis de cycles de refroidissement, ce phénomène se traduit par une diminution prow gressive de la tension à laquelle apparaissent les premières décharges. La présente invention a pour but de réduire le champ électrique dans la zone d'arrAt de l'écran équipotentiel d'extrémités de cAblesélectriques en déposant sur une faible longueur de câble, de part et d'autre de ltarrêt de l'écran semi-conducteur se trouvant sur l'isolant, un enduit présentant des propriétés électriques et chimiques bien spécifiques. - Jot i de l'invention consiste à diminuer l'impédance du milieu proche de l'arrêt de la couche semiconductrice et réduire le champ électrique à cet endroit. L'invention consiste essentiellement à appliquer, an voisinage de 1'arrêt de la couche semiconductrice un enduit à forte perndtti- vité, avantageusement comprise entre 20 et 60, en partie sur la surface de la couche semi-conductrice, en partie sur une certaine longueur de l'enveloppe isolante, afin de réduire le champ électrique par diminution de l'impédance. Selon une autre caractéristique de l'invention, 1'endui* est formé d'un mélange de silicate d'aluminiumvou ou de magnésiuassou de tout autre silicate, avec une huile à permittivité Elevée,telle que l'huile de ricin,dans des proportions relatives de 30 à 50 parties d'huile pour 50 à 70 parties de silicate. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enduit est associé en proportions de 5 à 30 parties avec une résine polymérisable tel qu'un époxy, un polyester, un polyuréthane1ou avec une graisse à point de goutte supérieure à la température de fonctionnement du câble- afin de fixer ltenduit et éviter son écoulement au cours des variations thermiques. L'enduit peut également etre fixé au moyen d'un support tel qu'un feutre,ou un ruban à larges mailles. Un contact intime et durable entre la couche isolante et l'enveloppe selon l'invention peut être obtenuwévitant ainsi l'api parition de décharges électriques jusqu'à des tensions bien supérieures à la tension limite de service. Le mode de mise en oeuvre d'extrémités de câbles moyenne tension selon l'invention, ne nécessite aucun outillage spécial, aucune main d'oeuvre spécialisée. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention appas raitront à la lecture de la description suivante illustrée par un dessin ciwannexé. Le dessin représente une coupe axiale d'une extrémité de câble électrique à champ radial moyenne tension, cette extrémité étant réalisée selon le procédé de l'invention au moyen de l'enduit de l'invention. Le câble formé par une ame conductrice 1 est dépouillé de son enveloppe isolante 2 sur une partie de la longueur de l'ex trémité. Cette enveloppe isolante est également dénudée de l'envie loppe semi-conductrice 3 sur une longueur déterminée par la tension de service utilisée. Puis la couche semi-conductrice 3 est dépouillée de l'écran métallique 4 suivant une plus faible longueur et enfin de la gaine extérieure 5 en matière synthétique. Afin de combattre une concentration du champ électrique au voisinage de l'arrêt de l'écran semiconducteur 3, lors de la confection de l'extrémité, et afin de s'opposer ainsi à l'apparition de décharges le long de la couche 2 isolante, on applique selon l'invention, une couche 6 fornée à partir d'un enduit possédant des propriétés chimiques et physiques particulières, de part et d'autre de l'arrêt de la couche semi-conductrice 3. L'enduit de la couche 6 présente une permittivité ~ élevée, avantageusement comprise entre 20 et 60, ce qui diminue l'impédance du milieu et donc réduit le champ électrique à cet endroit. Le facteur de perte tèb 9 de l1en- duit étant élevé conduit aussi à des pertes diélectriques relativement importantes sous l'action du champ électrique provoquant lté- chauffement du produit et la diminution de sa résistivité. Les pertes diélectriques introduites par l'enduit de l'invention étant dtautant plus élevées que le champ électrique est important, le champ électrique tend à se répartir uniformément au voisinage de l'arrêt de la couche 3 semi-conductrice et ainsi à réduire l'effet de pointe. Selon une première caractéristique de l'invention, enduit 6 utilisé est constitué d'une charge de silicate d'aluminium ou de magnésium ou de tout autre silicate avec un liant présentant une permittivité supérieure à celle de l'isolation du câble, par exemple de l'huile de ricin. Cette huile est en proportion de 30 à 50 parties pour 50 à 70 parties de silicate. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enduit 6 utilisé est constitué d'une charge de silicate d'aluminium,ou de de magnésium)ou/tout autre silicate avec un liant présentant une per mittivité supérieure à celle de l'isolation du câbleoauquel on assez cie en proportions de 50 à 30 parties une résine polymérisable époxy, polyester, polyurAthaneRou ou une graisse à point de goutte supérieure à la température de fonctionnement du câble. En effet, l'adjonction de résine ou de graisse à l'enduit permet d'éviter son écoulement au cours des cycles de température. Cet enduit 6 est appliqué en partie sur l'écran semi-conducteur 4, en partie sur la couche isolante de part et d'autre de l'arsAt de l'écran semi-conducteur, au moyen d'une spatule ou par tout autre moyen adéquat. Cet enduit présente habituellement une permittivité comprise entre 20 et 60. L'enduit 6 peut également être fixé avec des supports tel qu'un feutre de fibres céramiques par exemple, à base de silice et d'alumine, ce feutre étant imprégné de la même huile que celle ayant servi à la préparation de l'enduit. Ce feutre joue un rôle amortisseur au cours des dilatations et contractions dues aux va- riations thermiques que supporte ltextrémité de cabale en exploitation courante, ce qui évite un écrasement et amincissement excessif de la couche d'enduit 6 à haute permittivité. En effet, un amincis sement excessif de l'enduit 6 peut faire apparaltre des vides ou naitront des décharges électriques.Ce feutre sert également de réserve d'huile et maintient l'enduit dans son état initial sans dessèchement qui pourrait occasionner les mAmes inconvénients que précédemment. L'enduit 6 peut être fixé au moyen d'un autre support tel qu'un ruban 7 à larges mailles ayant une structure de grille par exemple, en polyéthylène, polypropylène, etc..., rubané sur l'enduit. Le ruban 7 est maintenu par un ruban 8 adhésif en polychlorure de vinyle servant au frettage de ltensemble. Un rubanage 9 de ruban semi-conducteur sur l'âme 1 du câble et un autre rubanage 10 recouvrant l'rame du câble jusqu'à la gaine 5 protègent ltextrémité de câble de la pollution environnante. Une application du produit de l'invention a été effectuée sur un câble soumis à des tensions 12/20 KV pour lequel la partie de la couche isolante 2 est dénudée sur une longueur de 300 mm. On dispose, au niveau de l'arrêt de la couche semi-conductrice 3, un enduit 6 formé de 60 parties de silicate d'aluminium et 40 parties d'huile de ricin sur une longueur égale à 90 mm sur la partie couche isolante 2 et sur une longueur de 30 mm sur la partie couche semi-conductrice 3. Cette réalisation d'extrémité de câble a permis éliminer toute décharge supérieure à 1 pC pour une tension appliquée entre écran extérieur et âme conductrice de 33 KV et même audessus. Des essais effectués sur des extrémités de câbles selon les différents modes de réalisation d'application de l'enduit ont permis d'enregistrer une bonne tenue mécanique et électrique des dispositifs réalisés selon-le procédé de l'invention, sans constater de claquage ou de détérioration. REVENDICATIONS 1 - Extrémité de câble électrique moyenne tension à champ radial constitué d'au moins une âme métallique, une enveloppe iso- lante, une enveloppe semi-conductrice, un écran métallique que lton dénude jusqu'à une faible distance de l'enveloppe semi-conductrice, ladite enveloppe semi-conductrice laissant elle-même à nù ltenve- loppe isolante sur une longueur déterminée par la tension de ser- vice et éventuellement une gaine extérieure de protection, ext ré- mité caractérisée par le fait que pour obtenir une réduction de l'impédance du milieu au voisinage de 1'arrêt de la couche semiconductrice, un enduit à forte permittivité est déposé sur cette extrémité de câble au voisinage de 1'arrêt de cette couche semiconductrice. 2 " Extrémité de câble selon ia revendication 1 caractérisée par le fait que la permittivité de enduit est comprise entre 20 et 60. 3 - Extrémité de cabale selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisée par le fait que enduit consiste en un mélange de silicate d'aluminium ou de magnésium ou de tout autre silicate avec une huile à permittivité élevéeotelle que huile de ricin dans des proportions relatives de 30 à SO parties d'huile pour 50 à 70 parties de silicate. 4 - Extrémité de câble selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée par le fait que l'enduit est associé en proportions de 5 à 30 parties avec une résine polymérisable tel qu'un époxy, un polyester, un polyuréthane ou avec une graisse à point de goutte supérieur à la température de fonctionnement du câble, afin de fixer l'enduit et d'éviter son écoulement au cours des variations thermi- ques. 5 - Bxtrémité de câble selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée par le fait que l'enduit est fixé au moyen d'un support en feutre de fibres céramiques, par exemple à base de silice et d'alumine, ledit feutre ayant été préalablement imprégné de la même huile que celle ayant servi à la préparation dudit enduit, ledit feutre ayant unc fonction d'amortisseur au cours des variations thermiques. 6 - Extrémité de câble selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée par le fait que l'enduit est fixé au moyen d'un ruban à larges mailles ayant une structure de grille, en polyéthylène ou polypropylène par exemple. 7 - Procédé de fabrication dtune extrémité de câble selon l'une des revendications 1 à 6,caractérisé par le fait que l'on dépouillefde façon connue en soisslame métallique et son enveloppe isolante de son enveloppe semi-conductrice sur une partie de sa longueur et que l'on applique l'enduit à forte permittivité de l'invention au voisinage de l'arrêt de la couche semi-conductrice, en partie sur la surface semi-conductrice, en partie sur ltenvelopw pe isolante dénudée puis par le fait que l'on dispose éventuellement autour de cet enduit un support tel qu'un ruban à larges mailles.