Brevet FR2430069A1 — publié le 19800125

La présente invention concerne les câbles conducteurs flexibles, à usure mécanique réduite, destinés notamment au transport de courants électriques basse tension à fluctuations d'intensite importantes, brutales et généralement fréquentes. Ces câbles flexibles particuliers, qui seront dénommés ci-après "de puissance", servent habituellement à relier, avec un faible rayon de courbure, l'une des phases d'un dispositif d'alimentation à l'une de celles d'un dispositif d'utilisation, l'un et/ou l'autre de ces dispositifs pouvant être fixes ou mobiles. Par exemple, le dispositif d'alimentation peut être un réseau de distribution, un générateur de courant alternatif ou continu, un transformateur, un redresseur ou une batterie, tandis que le dispositif d'utilisation peut être un four à induction, un four à arc, une soudeuse par résistance, un electro-aimant, ou encore une cuve d'électrolyse. On sait que le courant de charge de ce genre d'appareil peut présenter des valeurs particulièrement élevées, pouvant atteindre,par exemple, 150.000 ampères sous quelques centaines de volts à une fréquence de 50 hertz dans le cas du courant alternatif. D'une façon générale, ce courant de charge présente des variations d'intensité extrêmement brutales et fréquentes. I1 en résulte qu'un tel câble est soumis à des forces électromagnétiques très importantes provoquant des mouvements brutaux qui en traient une usure rapide des éléments constitutifs du câble. On connaît à ltheure actuelle des câbles de transport d'énergie destines à des courants relativement faibles et comportant un ou plusieurs câbles élémentaires à brins torsadés, qui sont entièrement noyés dans une gaine de protection moulée Du fait que la gaine de protection entoure totalement la péri périe de chacun des câbles élémentaires, le câble conducteur résultant est peu flexible, même dans le cas où les protubérances ou aspérités des brins formant les câbles élémentaires ont e été réduites par compactage ou retreint avant le moulage de la gaine. Ce manque de flexibilité est encore accentué dans les câbles connus qui sont destinés à des courants plus importants et dont les câbles élémentaires sont conformés de maniere à se présenter comme des secteurs circulaires de 9UQ ou 12oU. on connaît par ailleurs des câbles conducteurs dont les câbles élémentaires ne sont pas noyés dans la gaine de protection mais simplement entourés par cette derniere. C'est notamment le cas pour certains câbles conducteurs de puissance moyenne qui comprennent des câbles élémentaires répartis périphériquement autour d'une âme centrale, cette dernière pouvant être constituée, soit par un câble élémentaire central, soit par un élément creux tel qu'une gaine intérieure ou un ressort hélicodal. Le fait que la gaine de protection entoure simplement les câbles élémentaires sans adhérer à ces derniers confère évidemment une certaine flexibilité à ce type de câble conducteur. Mais il faut noter que les câbles élémentaires sont formés de brins ronds et torsadés et ne sont pas rétreints ni compactés autrement, présentant ainsi une section droite rosacée. De ce fait, lorsque l'ensemble du câble conducteur effectue les mouvements brutaux précédemment mentionnés, les brins périphériques des câbles élémentaires voisins ont tendance à venir en prise ou à s'encastrer les uns contre les autres, ce qui réduit considérablement la flexibilité du câble conducteur et provoque des frottements importants entraînant une usure rapide des câbles élémentaires. Ces problèmes existent également dans les câbles conducteurs de grande puissance qui comprennent de façon connue des nappes conductrices entourées par une gaine de protection et formées de câbles élémentaires enroulés autour d'une âme creuse de diamètre relativement important. Pour certains câbles conducteurs de ce genre, il est prévu un refroidissement interne, auquel cas la gaine de protection est étanche tandis que l'âme creuse peut être constituée par une gaine intérieure non étanche permettant la libre circulation d'un fluide de refroidissement. Les recherches qui ont conduit à l'invention ont montré que l'usure des câbles de puissance relativement flexible s'accompagnait d'une réduction des zones d'espace ou interstices existant initialement entre les brins de chaque câble élémentaire, tandis que les protubérances de son contour rosacé tendaient à disparaître conjointement avec une importante perte de la section utile. L'invention a essentiellement pour but de remédier aux inconvénients précités et d'apporter une solution aux problèmes indiqués ci-avant en permettant la réalisation de câbles conducteurs de puissance qui soient flexibles et susceptibles de prendre un faible rayon de courbure, tout en présentant une usure réduite et une durée de vie améliorée. Plus précisément, l'invention est matérialisée dans un câble conducteur flexible de puissance, à usure mécanique réduite, notamment pour courants électriques basse tension à fluctuations d'intensité importantes, brutales et généralement fréquentes, comprenant essentiellement une gaine de protection cylindrique entourant plusieurs câbles élémentaires identiques formés de brins accolés, toronnés, nus, pleins, constitués par du cuivre électrolytique et formant un ensemble conducteur dont l'axe de symétrie longitudinal correspond à celui du câble de puissance, ce câble flexible de puissance étant caractérisé par le fait que la face interne de la gaine de protection présente une section droite circulaire et entoure librement les câbles élémentaires, que les câbles élémentaires présentent eux-mêmes une section droite circulaire et sont accolés sans isolant, et que les brins accolés et toronnés de chaque câble élémentaire présentent une section droite polygonale avec un côté en arc de cercle pour les brins les plus à l'extérieur, tous les côtés rectilignes en regard étant en contact étroit, moyennant quoi le câble puissance est flexible et à usure mécanique réduite, les câbles élémentaires pouvant jouer librement les uns contre les autres à l'intérieur de la gaine de protection. Selon l'invention, l'ensemble conducteur est du type unipolaire ou coaxial, les câbles élémentaires pouvant êtle-juxtadsés, parallèles à l'axe du câble ou enroulés ou toronnés sur eux-mêmes ou autour d'une âme centrale, cette dernière étant, par exemple, un câble élémentaire, un ressort hélicodal ou une gaine creuse. Les brins formant les câbles élémentaires peuvent être toronnés sur eux-mêmes ou autour d'un brin central. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante, donnée à titre exemple uniquement, et en se référant aux dessins annexés donnés à titre non limitatif et dans lesquels La fig. 1 est une représentation en perspective à échelle très réduite montrant schématiquement un câble de puissance reliant un dispositif d'alimentation et un dispositif d'utilisation. La fig. 2 est une vue en coupe transversale partielle à échelle réduite du câble monophasé visible sur la fig. 1, ce dernier étant représenté à titre d'exemple comme étant à nappes conductrices concentriques disposées autour d'une âme creuse. La fig. 3 est une vue en coupe transversale, à échelle très agrandie par rapport à celle de la fig. 2, d'un câble élémentaire relevant de la technique antérieure et pouvant faire partie des nappes conductrices du câble de puissance visible sur les fig. 1 et 2. La fig. 4 est une vue en coupe transversale montrant le câble élémentaire visible sur la fig.3 à un stade d'usure avancé. La fig. 5 est une vue en coupe transversale d'un câble élémentaire selon l'invention. Si l'on se réfère maintenant à la fig. 1, celle-ci montre très schématiquement le montage d'un câble de puissance 1 entre un dispositif d'alimentation 2 et un dispositif d'utilisation 3. Comme indiqué précédemment, le dispositif d'alimentation peut être un réseau de distribution, un générateur de courant alternatif ou continu, un transformateur, un redresseur ou une batterie, tandis que le dispositif d'utilisation peut être un four à induction, un four à arc, une soudeuse par résistance, un électro-aimant, ou encore une cuve d'électrolyse. Sur la fig. 1, on a représenté les dispositifs d'alimentation et d'utilisation comme étant des dispositifs triphasés sans neutre sorti, mais il est clair que ces dispositifs pourraient aussi bien être des dispositifs triphasés à neutre sorti ou des dispositifs monophasés ou encore hexaphasés. Egalement, on a représenté un seul câble de puissance correspondant à une seule phase et on a figuré en traits mixtes deux autres phases théoriquement parallèles à la première phase.Cependant, dans la pratique, toutes les phases peuvent être à montage croisé et, dans certains montages, il faut en outre prévoir le câble correspondant au neutre. Par ailleurs, plusieurs câbles peuvent être connectés en parallèle sur la même phase. Si l'on se réfère ensuite à la fig. 2, celle-ci montre, à titre d'exemple uniquement, les éléments constitutifs d'un câble de puissance 1 pouvant être utilisé pour relier le dispositif d'alimentation 1 et le dispositif d'utilisation 3 qui sont visibles sur la fig. 1. Dans le cas représenté sur la fig.2, le câble de puissance 1 est du type étanche à âme creuse et à refroidissement interne, mais il est clair que d'autres types de câbles conducteurs de puissance peuvent également être utilisés,comme cela a déjà été indiqué. Le câble de puissance particulier qui est visible sur la fig. 2 comprend essentiellement une gaine étanche 4, qui peut être protégée mécaniquement et thermiquement, s'il y a lieu, par plusieurs enveloppes, écrans et anneaux extérieurs figurés par un trait mixte 5. Dans le cas représenté ici, la gaine extérieure étanche 4 entoure trois nappes conductrices pouvant être superposées en couches concentriques et formées par des câbles élémentaires 6. Ces câbles élémentaires 6 sont enroulés, généralement avec un pas allongé, autour d'une âme ou gaine intérieure creuse 7, qui présente un diamètre relativement important et qui comporte habituellement des lumières ou orifices (non représentés) destinés à permettre le passage éventuel d'un fluide de refroidissement.En effet, dans cette technique, il est généralement prévu qu'un gaz ou liquide de refroidissement circule librement ou sous pression à l'intérieur de la gaine étanche 4. Sur la fig. 2, on a représenté un liquide de refroidissement, tel que de l'eau, dans les limites de la gaine 4 et, sur la fig. 1, on a représenté par deux flèches de sens opposes l'entrée et la sortie de ce liquide de refroidissement. A cet égard, il y a lieu de noter que la circulation forcée d'un fluide de refroidissement peut accélérer l'usure des conducteurs élémentaires,notamment si l'on utilise de l'air ou un autre gaz transportant des poussiéres ou une eau présentant une dureté et une acidité importantes et transportant des particules abrasives. La fig. 3 montre en détail un câble élémentaire 6 relevant de la technique antérieure. Ce câble élémentaire, qui n'est représenté qu > à titre d'exemple, comprend sept brins accolés, constitués chacun par du cuivre massif, de préférence électrolytique. Ces brins sont nus et six d'entre eux, désignés par la référence numérique o, sont répartis périphériquement autour d'un brin central 9. Si l'on se réfère maintenant à la fig.4, celle-ci montre à un stade d'usure relativement avancé, le cable élémentaire particulier qui a été représenté sur la fig.3. Sur la fig.4, ce câble élémentaire usé est désigné par 6a et ses brins constitutifs sont respectivement désignés par oa et par 9a, tandis que leur forme initiale (correspondant à celle qui est visible sur la fig. 3) est représentée en traits interrompus. Comme cela a déjà été indiqué, les zones d'espace ou interstices libres lu existant entre les brins 8 et 9 visibles sur la fig.3, sont devenus quasi inexistants entre les brins a et Ya visibles sur la fig.4. En outre, le contour périphérique rosacé, qui est formé par les parties extérieures des surfaces des brins périphériques 8 du câble élémentaire t visible sur la fig. 3, s'est réduit à un contour quasi circulaire sur la fig. 4.Cependant, il faut noter que l'usure représentée n'est généralement pas aussi régulière et que le contour rosacé se transforme habituellement en un contour plus ou moins elliptique, ce qui correspond à une usure et une perte de section nettement irrégulieres, à une augmentation des surfaces de frottement entre les câbles élémentaires ainsi qu'à des valeurs de flexibilité mal réparties sur la longueur du câble conducteur de puissance. Si l'on se réfère maintenant à la fig.5, celle-ci montre, à titre d'exemple uniquement, un câble élémentaire à sept brins selon l'invention, qui correspond au câble élémentaire à sept brins relevant de la technique antérieure et décrit ci-avant. Ce câble élémentaire nouveau est désigné dans son ensemble par 11 et comprend un brin central 12 entouré par six brins périphériques 13. Dans ce câble élémentaire donné à titre d'exemple, le brin central présente en section droite une forme hexagonale, tandis que les brins périphériques présentent en section droite une forme trapézoîdale à grande base en arc de cercle, toutes les parties rectilignes en regard étant juxtaposées ou en contact étroit. Ces formes périphériques et sections droites par ticulières sont obtenues en prévoyant de compacter ou de rétreindre à la filière ou autrement des câbles élémentaires classiques à brins de section circulaire. D'autres procédés d'usinage peuvent également être prévus pour permettre d'obtenir sensiblement les formes et sections précitées. il y a lieu de noter qu'il n'a été décrit et représenté jusqu'ici que des câbles élémentaires à sept brins alors que l'invention permet d'envisager des câbles élémentaires comportant un nombre quelconque de brins. Par exemple, dans le cas des câbles élémentaires à brin central unique, il est possible de prévoir non plus une seule, mais deux ou plusieurs couches de brins périphériques, auquel cas le câble élémentaire rétreint ou compacté pourrait comporter un nombre quelconque de brins répartis périphériquement et toronnés autour du brin central. D'une façon générale, un câble élémentaire à brin central unique est constitué, selon l'invention, par un brin central à section sensiblement polygonale et par une ou plusieurs couches de brins à section trapézoidale, dont la grande base est sensiblement en arc de cercle pour les brins de la couche la plus à l'extérieur, toutes les parties rectilignes en regard étant en contact étroit. Selon une variante de-l'invention, le brin central peut être remplacé, par exemple, par trois brins disposés selon un triangle sensiblement équilatéral, le nombre des brins périphériques étant modifié suivant les besoins. Selon une autre varianté, le brin central peut être remplacé par quatre brins disposés selon un quadrilatère avec ou sans couches de brins périphériques. D'une façon générale, un câble élémentaire à plusieurs brins centraux peut être considéré comme un câble élémentaire ne comportant pas de brin central, tous les brins de ce câble élémentaire étant toronnés sur eux-mêmes et présentant une section droite polygonale avec un côté en arc de cercle pour les brins les plus à l'extérieur, tous les côtés rectilignes en regard étant en contact étroit. En résumé, un câble conducteur de puissance selon l'inven- tion comprend essentiellement une gaine extérieure dont la face interne présente une section droite circulaire et entoure librement plusieurs câbles élémentaires rétreints ou compactés autrement et comportant plusieurs brins accolés. Il est à noter que la gaine extérieure n'est pas nécessairement étanche et que l'âme centrale d'un tel câble de puissance peut être constituée, par exemple, soit par un câble élémentaire, soit par un ressort hélicoîdal. En outre, au lieu d'être enroulés ou toronnés autour d'une âme centrale, les câbles élémentaires peuvent être juxtaposés, parallèles à l'axe du câble ou enroulés ou toronnés ensemble sur eux-mêmes. Les ensembles conducteurs ainsi obtenus peuvent être du type unipolaire ou du type coaxial. D'autres modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1. Câble conducteur flexible de puissance, à usure mécanique réduite, notamment pour courants électriques basse tension, à fluctuations d'intensité importantes, brutales et généralement fréquentes, comprenant essentiellement une gaine de protection cylindrique entourant plusieurs câbles élémentaires identiques formés de brins accolés, toronnés, nus, pleins,constitués par du cuivre électrolytique et formant un ensemble conducteur dont l'axe de symétrie longitudinal correspond à celui du câble de puissance, ce câble flexible de puissance étant caractérisé par le fait que la face interne de la gaine de protection présente une section droite circulaire et entoure librement les câbles élémentaires, que les câbles élémentaires présentent eux-mêmes une section droite circulaire et sont accolés sans isolant, et que les brins accolés et toronnés de chaque câble élémentaire présentent une section droite polygonale avec un côté en arc de cercle pour les brins les plus à l'extérieur, tous les côtés rectilignes en regard étant en contact étroit, moyennant quoi le câble de puissance est flexible et à usure mécanique réduite, les câbles élémentaires pouvant jouer librement les uns contre les autres à l'intérieur de la gaine de protection. 2. Câble flexible de puissance selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ensemble conducteur est du type unipolaire. 3. Câble flexible de puissance selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ensemble conducteur est du type coaxial. 4. Câble flexible de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les câbles élémentaires sont juxtaposés et parallèles à l'axe du câble. 5. Câble flexible de puissance selon ltune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les câbles élémentaires sont enroulés ou toronnés ensemble sur eux-mêmes. 6. Câble flexible de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les câbles élémentaires sont enroulés ou toronnés autour d'une âme centrale. 7. Câble flexible de puissance selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'âme centrale est un câble élément aire. 8. Câble flexible de puissance selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'âme centrale est un ressort héli coidal. 9. Câble flexible de puissance selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'âme centrale est une gaine creuse non étanche, de diamètre relativement important, les câbles élémentaires étant disposés en une ou plusieurs couches et la gaine de protection extérieure étant étanche à la circulation d'un éventuel fluide de refroidissement. 10. Câble flexible de puissance selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'âme centrale est une gaine creuse étanche, de diamètre relativement important, les câbles élémentaires étant disposés en une ou plusieurs couches et la gaine de protection extérieure étant étanche à la circulation d'un éventuel fluide de refroidissement. 11. Câble flexible de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les brins sont toronnés ensemble sur eux-mêmes. 12. Câble flexible de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les brins sont répartis périphériquement et toronnés autour d'un brin central.