Brevet FR2373128A1 — publié le 19780630

L'invention se rapporte de façon générale à un nouveau type de couche d'isolation électrique par l'emploi de rubans de polymère en film de faible épaisseur, dont on enrubanne l' me conductrice nue ou protégée des câbles électriques terrestres ou sous-marins en vue de leur isolation, et plus particulièrement à une seule couche capable de résister aux effets des très hautes tensions en courant continu. Dans l'état actuel de la technique, on utilise comme couche d'isolation des câbles électriques souterrains ou sous-marins pour très haute tension et à courant continu, une couche constituée de rubans de papier imprégné de diélectrique liquide. On utilise encore les techniques d'isolation à pression ou à circulation d'huile diélectrique ou celles de gaz diélectrique sous pression. Cependant, l'utilisation d'une isolation au papier imprégné enrubanné nécessite une protection étanche parfaite que l'on réalise actuellement au moyen de gaines d'étanchéité au plomb. De ce fait, les câbles sous-marins ainsi réalisés ne peuvent convenir que pour des profondeurs inférieures à 500 mètres environ et leur tension d'utilisation ne peut dépasser pratiquement plus de 250 à 300 kv, leur capacité de transport étant ainsi réduite à 300 MW au plus. Quant aux câbles à pression d'huile ou de gaz, leur emploi implique dtimportantes sujétions qui limitent à la fois leur longueur et leur profondeur d'immersion. Etant donné que de tels câbles sont peu adaptés aux réparations, même lorsqu'elles ont lieu à terre, on conçoit que pratiquement les réparations de ces câbles sont irréalisables en mer. L-'objet de la présente invention est un nouveau type de couche d'isolation capable d'être utilisé dans tout câble électri -que, y compris des câbles sous-marins pour le transport de grande puissance de l'ordre de 500 MW à 1000 MW et à des profondeurs supérieures à 500 mètres, sur de très grandes longueurs, caractérisé en ce que la couche d'isolation est essentiellement formée par enrubannage de rubans de polypropylène isotactique bi-orienté en film, cette couche étant de préférence imprégnée d'hexafluorure de soufre SF6. Contrairement aux isolations complexes antérieures réalisées soit uniquement avec des rubans de papier, soit avec des combinaisons de rubans de papier et de polymère, les rubans de papier étant dans les deux cas imprégnés d'huile, on réalise en raison de la bonne diffusion de l'hexafluorure de soufre dans le polypropylène une isolation exempte de tout vacuum de dimension, par ailleurs, fort réduite, pouvant se produire au cours de l'opération d'enrubannage par le recouvrement des rubans. On réalise ainsi des couches isolantes de très grande qualité diélectrique et de très grande fiabilité. Un autre objet de l'invention est de profiter de l'accroissement de la fiabilité ainsi réalisée par l'utilisation de rubans de polypropylène isotactique bi-orienté en film de faible épaisseur, par exemple de l'ordre de 10 à 50 microns, en présence d'un gaz isolant comme l'hexafluorure de soufre ou encore l'azote, pour accrottre les caractéristiques isolantes de la couche en augmentant le nombre de rubans de polypropylène isotactique biorienté en film et, par conséquent, le nombre d'interfaces polymère-polymère. De ce fait, on réalise des couches isolantes capables de supporter des gradients de potentiel de l'ordre de 800 kV par centimètre, valeur n'ayant aucune commune mesure avec les valeurs obtenues par les couches isolantes de la technique actuelle. Un autre objet.de l'invention est d'accroître le compactage de la couche isolante, obtenu durant l'enrubannage par la bonne adhérence réciproque des rubans de polypropylène isotactique biorienté en film, par le retrait du film produit sous lteffet d'une élévation de la température à une valeur comprise entre 1000 C et 1350 C, durant ou après l'enrubannage. On obtient un câble quasi massif d'épaisseur relativement faible par rapport aux câbles classiques à imprégnation de fluide diélectrique. Il va de soi que l'imprégnation d'hexafluorure de soufre peut s'effectuer de quelque manière que ce soit. On ne changerait d'ailleurs pas le produit obtenu en effectuant l'imprégnation, non plus au cours de l'enrubannage, mais après cette opération. De même, le traitement thermique destiné à renforcer le compactage de l'isolant pourrait s'effectuer pendant ou après ltenrubannage. Ce nouveau type de couche d'isolation s'applique non seulement aux câbles électriques de très haute tension destinés à transporter un courant continu après immersion à grande profondeur, mais encore aux câbles terrestres, aux câbles à plus basse tension ou aux cables alternatifs. A titre d'exemple, un câble pour très haute tension en courant continu peut comporter - une âme conductrice en métal conducteur tel que l'aluminium, un de ses alliages, l'aluminium et l'acier, le cuivre ou autre - une couche semi-conductrice anhydre de polyéthylène réticulé chimiquement ou de copolymère éthylène-propylène extrudé ou autre - une couche d'isolation formée par enrubannage de rubans de polypropylène isotactique bi-orienté en film, et imprégnée d'hexafluorure de soufre, la couche étant compactée par traitement thermique - une couche semi-conductrice semblable à celle recouvrant l'me - un écran de type quelconque. La nouvelle couche dtisolation électrique constituée de rubans de polypropylène isotactique bi-orienté en film que l'on traite thermiquement, m8me non imprégnée d'hexafluorure de soufre, présente d'importants avantages résultant de l'excellente adhérence réciproque du film, de la résistance importante à la rupture aussi bien longitudinale que transversale et de son module d'élasticité élevé. De ce fait, non seulement l'enrubannage peut toujours être d'excellente qualité, mais il peut encore réaliser un compactage préalable substantiel de l'isolation. De plus, en portant les rubans de polypropylène isotactique bi-orienté en film à une température de 5 à 400 C au-dessous de la température du point de ramollissement, on obtient un retrait sensible de la matière renforçant le compactage préalable, ltisolation en service pouvant sans aucun danger être portée à 900 C. On profite, en outre, des propriétés électriques des rubans de polypropylène isotactique bi-orienté en film qui possèdent une faible constante diélectrique de l'ordre de 2,2, un faible facteur de pertes de l'ordre de 2 10 4 et une rigidité diélectrique élevée en courant continu de l'ordre de'630 kV/mm, pour accroître la qualité de la couche d'isolation électrique. Enfin, le compactage thermique des rubans de polypropylène isotactique bi-orienté accroît l'organisation cristalline de la couche lui conférant une nette supériorité sur toute couche isolante extrudée. On peut encore parfaire les qualités d'isolation de la couche en l'imprégnant d'hexafluorure de soufre en éliminant tout vacuum, par ailleurs, de volume fort réduit. On obtient ainsi une rigidité diélectrique élevée en courant continu, de l'ordre de 200 kV par centimètre. Il va de soi qu'on ne sortirait pas du cadre de l'invention en utilisant tout autre ruban de polymère bi-orienté â-structure cristalline développée et de caractéristiques mécanique, thermique et électrique comparables, ainsi que tout autre corps d'imprégna- tion tel que l'azote de façon à réaliser un enrubannage avec compactage supprimant les vaccums tout en accroissant les interfaces inhibant le développement de canaux conducteurs au cours de son utilisation. REVENDICATIONS 10) Couche d'isolation électrique obtenue par enrubannage et à base de films de polymères bi-orientés, d'épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de microns, pour tous types de câbles électriques et notamment pour le transport de courant continu de très haute tension, à terre ou en mer, caractérisée en ce que l'enrubannage s'effectue à partir d'un film de polymère bi-orienté d'épaisseur comprise entre 10 et 50 microns, et présentant une importante organisation cristalline ainsi que des qualités d'adhérence associées à une résistance à la rupture et à un module d'élasticité élevés assurant le compactage de la couche. 20) Couche d'isolation traitée thermiquement telle que revendiquée en 1 et notamment à base de films de polypropylène isotactique bi-orienté dont le compactage est accru par traitement thermique à une température comprise entre 1000 C et 1350 C durant ou après enrubannage. 30) Couche d'isolation utilisant à la fois des films de polymères bi-orientés et une substance isolante telle que l'hexafluorure de soufre, la couche étant conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, l'hexafluorure de soufre diffusant naturellement dans le ruban de polymère choisi exempt de tout vacuum de dimension, et emplissant les seuls vacuums de dimension, éventuellement créés entre deux rubans à leur périphérie lors de leur recouvrement. 40) Couche d'isolation telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle l'imprégnation d'hexafluorure de soufre se produit lors de l'enrubannage du film polymère bi-orienté. 50) Couche d'isolation telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle l'imprégnation d'hexafluorure de soufre ou d'azote est effectuée après enrubannage du film polymère bi-orienté. 60) Couche d'isolation telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 3 à 5 dont la couche du film de polymère bi-o-rienté est traitée thermiquement pour compactage au cours de l'enrubannage. 70) Couche d'isolation telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 3 à 5 dont la couche de polymère biorienté en film est traitée thermiquement pour compactage après enrubannage. 80) Couche d'isolation telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans laquelle le gaz d'imprégnation substitué à l'hexafluorure est un gaz diélectrique tel que l'azote. 90) Câble électrique comportant au moins une couche d'isolation revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 8.