Brevet FR2357991A1 — publié le 19780203

La pressente invention à la réalisation de laquelle a participé Monsieur Jean-Luc LEPAGE a pour objet de nouvelles masses isolantes pour accessoires de connexions de cables électriques. On a longtemps utilisé, comme masses isolantes de remplissage d1acces- soires pour les connexions de cables destinés au transport du courant électrique de moyenne tension (tension inférieure à 30 kilovolts, des résines coulées à chaud, à base de bitume; ces masses constituant plus un enrobage qu'un véritable isolement, il fallait assurer ce dernier par reconstitution des isolants du cable. La nécessité de couler à chaud cette matière, et son retrait lors du refroidissement ont poussé les utilisateurs à remplacer le bitume par des résines coulables à froid assurant à la fois l'enrobage du ou des cables et des divers organes nécessaires à leur connexion et isolement. Dans le cas de cables au papier imprégné on a fait essentiellement appel à des polyuréthannes. Pour l'isolement des cables assurant le transport de courants électriques à moyenne tension, on utilise, à la place du papier imprégné, du polyéthylène réticulé qui résiste mieux aux températures plus élevées engendrées par le fonctionnement de ce type de cables.Toutefois les polyuréthannes ne cqnviennent pas comme masses de remplissage des accessoires de raccordement en moyenne tension en raison de leur coefficient de dilatation élevé, de leur difficulté à supporter les contraintes thermiques et leur mauvaise adhérence au polyéthylène. L'emploi de résines époxydes à la place des polyuréthannes a bien été proposé, mais ces résines ont l'inconvénient majeur d'etre conductrices a l'état liquide à cause de la présence d'amines utilisées comme agent de réticulation de la composition. Il convient donc avec ce type de résine d'attendre la réticulation de la masse avant de procéder à la remise sous tension des cables. En raison de la durée de la réaction, cette contrainte se traduit par une mise hors service relativement longue de la ligne. Le problème de l'enrobage et de l'isolement des câbles et des divers organes métalliques présents dans les accessoires de connexion des cables a moyenne tension a été résolu en partie en faisant appel à des résines polysiloxaniques et notamment des résines polysiloxaniques caoutchouteuses, adhérant bien au polyéthylène réticulé, telles que celles obtenues par réaction d'une huile polysiloxanique comportant des groupes alcènyles (en particulier vinyle) directement liés au silicium avec une huile polysiloxanique comportant des atomes d'hydrogène liés au silicium, en présence d'un catalyseur à base de platine. De telles résines ont été décrites dans le brevet français 1.226.518 et dans le brevet anglais 1.127.759. Quel que soit le type d'accessoire de connexion concerné : bolte de dérivation; boIte de raccordement; accessoires d'extrêmlté de câbles, et le ty pes de cables à raccorder (jonction de cables unipolaires entre eux ou avec des cables tripolaires ou jonction de ces derniers entre eux),il est nécessaire de mettre en place des dispositifs variés destinés å maintenir dans une position déterminée le ou les cables et notamment à les écarter les uns des autres au niveau de la zone de raccordement ou destinés à éviter qu'ils se meuvent à l'intérieur de l'accessoire de connexion et entrent en contact avec les parois de ce dernier, surtout dans le cas de masses de remplissage de type élastomèriques telles que celles à base des résines silicones précitées, qui en raison de leurs propriétés mécaniques, ne peuvent assurer le maintien en place des câbles. L'utilisation de dispositifs remplissant ce rôle complique la construction des accessoires de jonction et la réalisation de cette dernière; or il est particulièrement important de simplifier autant que faire se peut la réalisation des raccordements de cables de transport de courant électrique, d'une part pour assurer une durée aussi courte que possible de mise hors service de la ligne, et d'autre part pour permettre l'utilisation d'un appareillage très simple, la plupart de ces raccordements ayant lieu sur le terrain, ctest à dire dans des conditions peu favorables à la mise en oeuvre de dispositifs et de techniques compliqués. La presente invention propose précisément des masses de remplissage d'accessoires de connexion de cables électriques revetus d'un isolant en polymère thermoplastique, permettant d'éviter le recours à des dispositifs de maintien en place des cables dans l'accessoire de connexion. Plus spécifiquement la présente invention a pour objet des masses de remplissage d'accessoires pour la connexion de cables de transport du courant de moyenne tension, revetus d'un isolant en polymères thermoplastiques, comprenant une reine polysiloxanique, caractérisées en ce qu'elles contiennent de 30% à 708 en volume de billes de verre dont le diamètre est compris entre 0,1 et 5 cm. La présence des billes de verre dans la masse de remplissage permet d'assurer au contenu de l'accessoire une excellente rigidité mécanique et notamment le maintien en place et la séparation des cables les uns des autres ainsi que leur isolement vis à vis des parois de l'accessoire. L'emploi des masses de remplissage selon 11 invention permet donc de s'affranchir de l'utilisation de dispositifs d'écartement et de maintien des cables. Les masses de remplissage selon l'invention, présentent un autre avantage par rapport aux masses exemptes de billes de verre. En effet, on a constat que les masses de remplissages polysiloxaniques ont un coefficient de dilatation relativement important. La présence des billes de verre dont le coefficient de dilatation est très faible, permet de minimiser les variations de volume de l'en- semble sous l'influence des fluctuations de la température de la masse dans les conditions de service de l'accessoire. -Le diamètre des billes et leur pourcentage volumique dans la masse de remplissage varient entre les limites indiquées plus haut, en fonction du volume de l'accessoire. Comme résines polysiloxaniques on fait appel de préférence à celles décrites dans le brevet français 1.226.518 précité. De préférence, on fait appel à des résines polysiloxaniques obtenues par réaction en présence d'un catalyseur au platine : A) d'une huile polysiloxanique à groupes vinyles de formule générale : dans laquelle - R1, R2, R3, R4, R5 et R6, identiques ou différents, représentent des radicaux alcoyles ayant de 1 à 3 atomes de carbone ou un radical phényle. - m et n sont des nombres entiers non nuls tels que la viscosité de l'huile à 25 C soit comprise entre 500 et 1000 cPo, et le rapport m/n est compris entre 0,01 et 0,1. B) avec une huile #, #-bis dihydrogénopolydiorganosiloxane de formule générale : dans laquelle - R1, R2, R3 et R ont la définition donnée ci-avant - p est un nombre entier différent de zéro tel que l'huile de formule (II) ait une viscosité à 250C comprise entre 5 et 500 cPo. Les quantités respectives de polyvinylsiloxane et d'vas u-dihydrogéno- polysiloxane dépendent des teneurs pondérales de chacun des réactifs respectivement en groupe vinyle et en atomes d'hydrogène liés au silicium. En général ces quantités sont choisies pour que le rapport du nombre des atomes d 'hy- drogènes liés au silicium au nombre de groupes vinyles liés au silicium, dési gné par H/Vi, reste compris entre 0,3 et 1, et de préférence entre 0,5 et 0,8. Dans les formules (I) et (II) R1 à R6 représentent préférentiellement un groupe alcoyle tel que les groupes méthyle, éthyle, n-propyle et isopropyle. De préférence R1 à R6 sont des groupes méthyle. Les catalyseurs au platine utilisé pour la réaction des deux composants polysiloxaniques sont ceux habituellement mis en oeuvre dans les réactions d'hy drosilylation des groupes vinylsilanes tels que le platine métallique déposé sur des supports variés, les sels de platine La quantité de catalyseur exprime e par le nombre de mg de platine métal par kg de polyvinylorganosi-tstane peut varier dans de larges limites. En gé neural, une quantité comprise entre S mg et 100 mg par kg de polyvinylorganosiloxane convient bien. L'huile polyvinylorganosiloxanique et/ou 1' , dihydrogenopolysiloxane peuvent contenir des adjuvants divers tels que des charges (silice. terres de diatomées) et des colorants en quantité variable. L'obtention de la masse de remplissage décrite ci-avant, qui constitue un autre objet de la présente invention, est particulièrement simple. Il suffit d'introduire et de répartir convenablement les billes dans l'accessoire de raccordement dans lequel le ou les câbles ont été mis en place, puis de procéder à la coulée de la masse réticulable obtenue par mélange de l'huile polyvinylorganosiloxanique, de l'a, -dihydrogénopolysiloxane et du catalyseur. Bien que les masses de remplissage suivant l'invention conviennent particulièrement pour les accessoire de connexion de cables à isolant en matières thermoplastiques (polyéthyline réticulé, polychlorure de vinyle), elles conviennent également pour des accessoires destinés à assurer des jonctions mixtes entre de tels cables et des cables non isolés par des polymères thermoplastiques, et en particulier les cables au papier imprégne. I;'exemple suivant illustre l'invention et montre comment elle peut ê- tre mise en pratique. U illustre la réalisation d'une boîte de connexion représentée par la figure 2 en annexe. La figure 1 représente une bolte de connexion de cables de type classique. Sur les figures 1 et 2, la boite de connexion est représentée par 1; cette boîte possède un orifice de remplissage 2 fermé par un couvercle 3 maintenu en place par des boulons non représentés. Cette boîte est utilisée pour la jonction de trois câbles unipolaires 4, comportant un isolant en polyéthylène réticulé 5 entouré d'un manchon semiconducteur 6, à un câble tripolaire 7 au papier imprégné 8, par l'intermédiaire d'un connecteur 9. Sur la figure 1 sont représentés des écarteurs 10 qu sont des pièces métalliques destinées à maintenir les cables en place dans la boîte. Sur les deux figures 11 désigne la masse de remplissage en polysiloxane-et sur la figure 2, 12 représente les billes de verre utilisées conformément à la présente invention et qui permettent la suppression des écarteurs 10. EXEMPLE La masse de remplissage selon l'invention comporte 1- Une resine silicone basée sur le système comprenant les deux composantes suivantes . Partie A : il s'agit d'une huile #, # bis (triméthylsilyloxy)méthylvinylpolysi- loxanique comportant 0,3% en poids de groupe vinyle, ayant une viscosité à 25 C de 800 cPo, à laquelle on a ajouté, pour 500 g d'huile, 500 g de quartz broyé et 7 mg de platine sous forme d'un complexe organique tel que celui dont la préparation est décrite aux exemples 6 et 7 du brevet français l.486530 Cette composition de couleur grise a une viscosité BROOKFIELD à 250C de 3500 cPo et une densité à 250C de 1,411. . Partie B : elle est obtenue par mélange de : - 370 g de l'huile polysiloxanique à groupe vinyle de la partie A - 370 g de quartz broyé - 50 g de base colorante au bleu chromophtal 4G - 210 g d'une huile #, # bis-(diméthylhydrogenosilyloxy)polydiméthylsiloxanique ayant une teneur en hydrogène mobile de 0,2% en poids et une viscosité à 250C de 9 cPo; cette partie B a une densité à 250C de 1,248 et une viscosité à 250C de 560 cPo. La base colorante a été obtenue par mélange de 950 g d'huile polysiloxanique vinylée avec 50 g de bleu chromophtal UG. Les deux composants sont mélangés dans le rapport.pondéral A/B = 10. La composition obtenue par mélange de A et B en l'absence de billes a les propriétés suivantes a) Caractéristiques à la réticulation - Vitesse de polymérisation mesurée par la variation de viscosité de la masse, en fonction du temps à 350C: . Durée : 10 mn n = 1 800 cPo 20 mn 2 200 cPo 30 mn 3 200 cPo 40 mn 5 600 cPo 50 mn 15 000 cPo 60 mn 150 000 cPo - Tension de claquage de la masse seule, mesurée au début de la réti culation entre deux sphères de 12,7 mm de diamètre, distante de 2,5 mm - Température : 300C. Valeur moyenne sur 10 mesures : 50 kV : a = 6,5 - Le retrait à la polymérisation est nul. b) Caractéristiques de la masse après réticulation - Densité à 250C 1,40 - Coefficient de dilatation cubique à 250C 1,2.10 - Résistivité volumique à 25 C 2.1014#cm - Permittivité a 250C 3,3 à 1000 Hz - Pertes diélectriques à-250C 0,0043 à 1000 Hz - Tension de claquage > 60 kV de 20 è 100 C pour 2,5 mm 2 - Les billes de verre utilisées ont les caractéristiques suivantes - Diamètre 22 mm - Densité 2,6 - Coefficient de dilatation thermique 5.10 6/oC - Permittivité 6,0 à 306 Hz - Tension d'éclatement 100 kV/mm - Tangente de l'angle de perte 30.10-4 à 106Hz Le rapport pondéral silicones/billes de verre est de 0,5. 3. Essai de jonction réalisé avec ce système Dans une boîte en fonte telle que celle representee sur la figure 1 on a réalisé une jonction du type mixte entre trois câbles unipolaires et un câble tripolaire métallisé a champ radial 3 X 150 mm2 en aluminium à isolation papier imprégne. Les billes de verre ont été introduites après un dégraissage des câbles au tri chloréthylène. - Masse de billes utilisée : 28,6 kg. La répartition des billes dans la boîte est faite à la main, jusqu'au niveau de ltouserture. Les deux composants de la masse silicone sont soigneusement mélangés puis la matière est coulée dans la boîte. - Masse utilisée : 13,9 kg. Le courant de fuite, que ce soit une heure après la coulée ou après réticllla- tion, est toujours inférieur à 5 A, à 10.000 V en courant continu. On a fait subir à cette boîte une série de cycles thermiques - chauffage par un courant de 270 - 305 A, les trois câbles étant mon tés en série - Durée : 4 h - Refroidissement : soit sans tension, soit sous tension alternative de 40 à 50 kV entre deux câbles et 20 à 25 kV entre ces cables et le troisième relié à la terre - Durée : 8h. Ces. cycles ont député 7 heures après la coulée. - Nombre de cycles effectués : 41. Aucune modification de la masse m'a été observée au cours de ces cycles. REYENDICATIoNs 1 - Masses pour le remplissage d'accessoires pour la connexion de câbles électri ques revêtus de gaines isolantes en polymères thermoplastiques, comprenant une résine polysiloxanique, caractérisées en ce qu'elles contiennent de 30 à 70% en volume, par rapport à la résine, de billes de verre de diamètre com pris entre 0,1 et 5 cm. 2 - Hasses de remplissage suivant la revendication 1 caractérisées en ce que la résine polysiloxanique utilisée est obtenue par réaction a) d'un polysiloxane comportant des groupes vinyles liés au silicium b) avec un #, #-di-hydrogénopolydiorganosiloxane, en présence d'un ca talyseur à base de platine. 3 - Nasses de remplissage suivant la revendication 2 caractérisées enrce que la résine polysiloxanique est obtenue par réaction a) d'une huile polysiloxanique à groupe vinyle de formule générale dans laquelle : - Ri, R2, R3, R4, R5 et Rg, identiques ou différents, représentent des radicaux alcoyles ayant de 1 à 3 atomes de carbone ou un radical phényle - m et n sont des nombres entiers non nuls tels que la viscosité de l'huile à 250C soit comprise entre 500 et 1000 cPo, le rapport m/n étant compris entre 0,01 et 0,1. b) avec une huile &alpha;, #-dihydrogénopolysiloxane de formule générale : : dans laquelle R1 à R4 ont la signification donnée pour la formule (I) et p est un nombre entier différent de zéro, tel que l'huile ait une viscosité à 250C comprise entre 5 et 500 cPo. 4 - Procédé d'obtention des masses de remplissage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'on introduit des billes de di mensions appropriées dans l'accessoire dans lequel la jonction entre câbles a été réaliséé, en quantité-suffisante pour assurer le maintien en place du ou des cables > puis que lton coule dans l'accessoire la quantite nécessaire de composition polysiloxanique liquide réticulable, puis que l'on procède à la réticulation de la resine polysiloxanique.