Brevet FR2420191A1 — publié le 19791012

Liinvention concerné un cable de transport denef- gie électrique avec isolant plastique et protégé contre l'humi- dité, notamment pour les hautes tensions ou les treks hautes tensions, possédant une enveloppe métallique fermée entourant l'isolant et une couche conductrice extérieure se trouvant sur l'isolant. En règle générale, les cibles de *transport d'énergie électrique conçus pour des moyennes tensions ou des hautes tensions possèdent un écran métallique à l'intérieur de leur structure en couches, écran appliqué sur la couche conductrice extérieure disposée au-dessus de 1 isolant en matière plastique, et se composant par exemple de brins ou de rubans métalliques, de préférence en cuivre Cet écran niétallique prévu pour des raisons d'ordre électrique, peut aussi, comme on le sait d'après le document DOS 15 40 430, eatre utilise en tant qutenveloppe étanche à l'humidités pour lVisolation se trouvant en-dessous.Dans ce cas, l'enveloppe métallique se compose d'un ruban métallique, de préférence en cuivre, ztfo- duit d'une manière longitudinale et replié tout autour de l'isolant plastique de l'ame conductrlceg ruban dont les bords se chevauchent et sont brasés les uns aux autres dans la zone du recouvrement. Dans ce type de construction de l'état actuel de la technique, il se produit cependant des difficultés provenant du fait que, quand le câble est soumis à une contrainte, l'iso- lant subit une dilatation considérablement plus forte que ia couche métallique prévue dans la structure par couches, de sorte qu'il faut prévoir, quand la dilatation de l'enveloppe métallique, elle-même étanche, atteint ses limites, au moins un éclatement du point de soudure ou de brasage. Ce phénomène s'applique bien évidemment en particulier dans les cibles qui, en raison de leur utilisation à haute tension ou très haute tension, présentent des épaisseurs de paroi isolante relativement élevées, par exemple de 18 mm et plus.Il faut ajouter que le fait que le ruban métallique ait été introduit d'une manière longitudinale influe sur la flexibilité nécessaire de ces cibles en matière plastique, ce qui est gênant lors de l'enroulement, du déroule- ment ou de la pose. Il faut y ajouter souvent une autre difficulté, qui réside en ce que l'humidité qui s'introduit dans le câble dans le cas de détériorations de l'enveloppe métallique extérieure peut aussi se propager en-dessous du ruban métallique dans le sens longitudinal du câble, ce qui peut, avec le temps conduire à des détériorations de l'isolant. L'invention a pour but de créer un cable de trains port d'énergie électrique protégé contre l'humidité, qui d'une part conserve à l'isolant, malgré les écarts de température que l'on constate en cours de fonctionnement: son blindage étanche à l'humidité, et qui, d'autre part, soit conçu de façon que les effets d'une humidité pénétrant dans le cable par un défaut extérieur du blindage restent limités à une zone étroite. L'invention concerne à cet effet un cible de transport d'énergie du type ci-dessus, caractérisé en ce qu'unie spirale de séparation par rapport à ltassemblage des conducteurs, ayant la forme d'un ruban métallique, est disposée en-dessous de l'enveloppe fermée, ltépaisseur de cette spirale étant adaptée à la dilatation que présente la matière plastique utilisée pour l'isolant dans le cas d'une augmentation de la température.Si l'on prend en compte la totalité de sa section droite, une spi- rale de ce genre ne soutient l'assemblage des conducteurs, dans chaque cas particulier, qu'en un point de sa circonférence, les autres parties de sa circonférence permettant un déplacement libre de l'isolant, sans qu'il en résulte une compression de l'isolant contre l'enveloppe fermée, et donc une augmentation de la pression, en particulier dans le domaine du point de contact. On est ainsi assuré, à chaque instant, meme dans le cas d'augmentations instantanées de la température de courtcircuit, d'une respiration suffisante de l'isolant, sans détérioration de l'enveloppe étanche à l'humidité. On connait généralement, dans la technique des câbles, l'utilisation de rubans métalliques, en particulier de rubans de cuivre, enroulés en hélice. Ces rubans métalliques servent par exemple à maintenir en position, sur l'assemblage des conducteurs, la couche concentrique, formée de brins individuels, servant de conducteur de protection ou de conducteur neutre, en présentant, dans ce but, une épaisseur de paroi comprise entre 0,1 et 0,3 mm. Ces rubans de cuivre, ne servant qu5au maintien des brins et à la conductibilité transversale, ne conviennent cependant pas, s'ils sont mis en oeuvre seuls à une utilisation en tant que spirale de séparation pour une enveloppe métallique fermée disposée au-dessus d'eux, et ce en raison de leur épaisseur. Un avantage du câble selon l'invention réside en ce que la spirale de séparation donne à l'isolant la possibilité de se dilater librement. Dans une réalisation de l'invention, l'épaisseur s du ruban est choisie de façon à satisfaire à la relation 5min = o( étant le coefficient de dilatation thermique de l'assemblage des conducteurs du cible, e étant la différence de température entre la température moyenne de l'assemblage des conducteurs et la température ambiante; pour une sollicitation maximale du ciblez et d étant le diamètre de l'assemblage des conducteurs du cale à 20C. Au contraire des spirales séparatrices connues, I-' écartement de la spirale séparatrice selon l'invention est d'au moins 0,3 mm. On peut encore favoriser la dilatation libre de l'isolation dans le cas d'une augmentation de la température, dans une autre réalisation de l'invention, en-appliquant la spirale, avec un pas de grande longueur, sur la couche conductrice extérieure ou sur une couche de blindage et/ou un matelas se trouvant sur cette couche conductrice. On peut fabriquer l'enveloppe fermée à partir d'un ruban métallique à surface lisse, inséré longitudinalement, ayant reçu la forme d'un tube, et soudé. Cependant il est avantageux, pour soutenir le câble avec isolant plastique et présentant une grande flexibilité, que l'enveloppe fermée ait la forme d'une gaine métallique ondulee. On peut utiliser une ondulation hélicoidale ou parallèle t dans ce cas, une telle enveloppe fermée, étanche à l'humidité et au gaz, n'a plus d'in- fluence sur la flexibilité du câble. Il est possible de dérouler et d'enrouler le câble d'une manière classique, sans craindre une détérioration de la barrière contre l'humidité. On peut utiliser pendant de courtes périodes, par exemple lors de la fabrication, espace formé par la spirale et I'enveloppe métallique fermée se trouvant au-dessus de cette spirale, un gaz convenable étant mis sous pression pour permettre un contrôle de l'étanchéité de l'enveloppe métallique.Cependant, cet espace peut aussi servir, grace à un remplissage permanent de gaz, à permettre à tout instant, même pendant l'exploitation,- un contrôle du câble, et en particulier à localiser rapidement les détériorations de l'enveloppe métallique. Liutilisation d'un gaz inerte, par exemple le SF6 gazeux, présente un avantage particulier, qui réside en ce que ce gaz, au cours du temps, pénètre par diffusion dans l'isolant se trouvant en-dessous, et y a un effet de stabilisation de la tension. L'espace formé par la spirale peut aussi être utilisé pour rendre le câble étanche à ia pénétration longitudinale de l'eau, un remplissage, par exemple formé d'une masse étanche à l'humidité, par exemple à base de vaseline, pouvant entre prévu dans cet espace.On peut introduire dans cette zone, d'une manière continue ou en certains points seulement, des matières connues qui gonflent à l'humidité, par exemple à base de cellulose, et qui, en cas d'irruption de l'humidité, conduisent à un remplissage du ciblez et donc à une limitation des dégâts sur une zone étroite du câble. Le remplissage de l'espace entre l'enveloppe métallique et l'assemblage des conducteurs peut aussi, d'une manière avantageuse, consister en la mise en place, d'une manière continue ou en certains points seulement, d'un matériau mousseS par exemple à base de polyuréthane, et assurant l'étanchéité longitu dinale De même, il peut être souvent utile, dans une autre réalisation de l'invention, de disposer sous la spirale métallique, par exemple en sens alterné, une spirale en un matériau gonflant sous l'effet de l'humidité. Parmi les matériaux convenant dans ce but, on a par exemple un papier revetu d'une matière gonflante. L'enveloppe métallique utilisée en tant que protection contre l'humidité, ainsi que la spirale métallique insérée dans la structure en couches, conduisent à une augmentation du poids du câble. Pour pouvoir absorber les fortes contraintes de traction, sans endommager le câble, en particulier lors de la pose d'un câble de ce genre, on garnit, dans une autre réalisation de l'invention, la gaine de matière plastique, par exemple en un chlorure de polyvinyle, appliquée sur l'enveloppe métallique, avec des fils d'acier ou de soie de verre, disposés longitudinalement. Lors du montage, par exemple sous 1Peau, l'assemblage des conducteurs, ainsi que l'enveloppe étanche à l'humidité, pourraient être déchargés des contraintes de traction.On peut appliquer sur deux couches la gaine formée de la matière plastique convenable, les fils résistant à la traction se trouvant entre les couches ; on peut aussi fabriquer la gaine selon un procédé d'injection, les deux couches se soudant l'une à l'autre à la sortie de l'extrudeuse, en garantissant ainsi une bonne fixation des éléments résistant à la traction. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et du dessin annexé, qui représente des exemples de réalisation de l'inventionf Le conducteur 1 se composant d'un grand nombre de brins câblés les uns aux autres est recouvert d'une couche conductrice interne 2, servant à compenser les irrégularités de surface formées par les différents brins. Cette couche-conductrice 2 a, par exemple, été appliquée par extrusion ; elle peut aussi se composer d'un polyéthylène rendu conducteur grâce à l'addition de noir de carbone, ou d'un de ses copolymères.Au-dessus de la couche conductrice intérieure 2 se trouve l'isolant 3, par exemple en un polyéthylène réticulable ou thermoplastique, dont l'épais- seur de paroi a été choisie en fonction de la tension à transmettre. Le repère 4 désigne la couche conductrice extérieure recouvrant l'isolant, qui se compose aussi, de préférence, d'une matière thermoplastique rendue conductrice par le noir de carbone ou le graphite, et appliquée par extrusion.Au-dessus de la couche conductrice 4, qui peut aussi, éventuellement, contenir un matelas, par exemple en un ruban textile conducteur, ainsi que des fils de blindage supplémentaires, se trouve le ruban métallique 5, par exemple en cuivre ou en acier et dont l'épaisseur est, par exemple, de 0 > 4 mm, ruban métallique enroulé en hélice et servant de spirale de séparation à la gaine ondulée concentrique 6.Cette gaine ondulée présente, dans l'exemple de réalisation représenté, une ondulation parallèle, qui peut aussi être héli cotidale. L'espace 7 formé entre la gaine ondulée 6 et le ruban 5 sert ou bien à recevoir un gaz isolant, de préférence stabilisant de tensions ou bien une masse d'étanchéité longitudinale, formée d'un matériau moussant ou gonflant sous l'effet de l'humidité, ou en un matériau analogue, mais ayant une consistance collante ou présentant une élasticité permanente, servant de cloisonnement dans le sens longitudinal.Bien évidemment, il est possible d'ajouter à ces matériaux des additifs stabilisants de la tension, qui, en cours d'exploitation et en particulier dans le cas d'une augmentation de la température, pénètrent par diffusion dans l'isolant se trouvant en-dessous, en raison de l'énergie à transmettre. L'enveloppe métallique fermée est entourée d'une protection extérieure forgée d'une gaine de matière plastique 8, présentant une bonne résistance mécaniqueS des éléments 9 résistant à la traction et disposés longitudinalement étant disposés dans cette gaine en étant fermement fixés au matériau de cette gaine. La spirale se trouvant au-dessus de l'assemblage des conducteurs et formée du ruban métallique 5, ruban dont l'épais- seur est adaptée à la dilatation du matériau formant l'isclant, permet à l'isolant de se déplacer librement dans le sens radial dans le cas d'une dilatation provoquée par une augmentation de la température, de sorte qu'il ne faut pas craindre, dans le cas d'une augmentation de courte durée de la température, par exemple en cas de court-circuit, un éclatement de l'enveloppe étanche à l'humidité et étanche aux gaz. Un procédé avantageux de fabrication d'un cable selon la figure réside à appliquer sur le conducteur 1, par extrusion, d'abord la couche conductrice intérieure 2, puis l'isolant 3. La couche conductrice extérieure 4 est, elle aussi, appliquée par extrusion, et elle reçoit ensuite l'enroulement du ruban métallique 5, à moins que la couche conductrice extérieure 4 servant de blindage n'ait été renforcée par un rubanage supplémentaire formé par exemple de rubans conducteurs, ou par une couche supplémentaire de fils de cuivre. On place ensuite, d'une manière connue, un ruban de cuivre ou d'acier autour de l'assemblage des conducteurs ou du ruban métallique enroulé en hélice, de façon à former un tube, puis on soude les bords et on effectue finalement une ondulation. Le câble ainsi préparé passe dans une autre extrudeuse au moyen de laquelle, éventuellement après avoir appliqué une couche supplémentaire de protection contre la corrosion, on applique simultanément la gaine extérieure 8 avec ses fils de soie de verre ou ses fils métalliques, ou encore ses fils d'acier. REVENDICATIONS 1) Câble de transport d'énergie électrique avec isolant plastique et protégé contre l'humidité, notamment pour les hautes tensions ou les très hautes tensions, avec une enveloppe métallique fermée entourant l'isolant et une couche conductrice extérieure se trouvant sur l'isolant, câble caractérisé en cé qu'unie spirale de séparation par rapport à l'assemblage des conducteurs, se présentant sous la forme d'un ruban métallique, est disposée en-dessous de l'enveloppe fermée, ruban métallique dont l'épaisseur est adaptée à la dilatation thermique du matériau utilisé pour l'isolant. 2) Câble selon la revendication 1 > caractérisé en ce que l'épaisseur S du ruban satisfait à la relation 8min étant le coefficient de dilatation thermique de l'assemblage des conducteurs, O étant la différence de température entre la température moyenne de l'assemblage des conducteurs en cas de contrainte maximale et la température ambiante, d étant le diamètre de l'assemblage des conducteurs à 20 C. 3) Câble selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur du ruban est d'au moins 0,3 mm. 4) Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la spirale est appliquée avec un long pas sur la couche conductrice extérieure ou sur les matelas et/ou les couches de blindage se trouvant au-dessus de cette couche conductrice. 5) Cible selon l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé en ce que l'enveloppe fermée se compose d'une gaine ondulée. 6) Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'espace formé entre l'enveloppe fermée et la spirale sert à recevoir un gaz isolant. 7) Cible selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz, grâce à sa présence permanente, sert aussi de stabilisant de tension pour l'isolant. 8) Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'espace formé par l'enveloppe et la spirale est rempli d'une masse devenant étanche à l'humidité, par exemple à base de vaseline. 9) Cible selon l'une quelconque des revendications 1 à -8, caractérisé en ce que des substances gonflant sous effet de l'humidité, par exemple à base de cellulose9 sont disposées, en continu ou en certains points seulement dans l'espace formé par l'enveloppe et la spirale. 10) Cible selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un matériau mousseS disposé d'une manière continue ou en certains points seulement remplit l'es- pace entre l'enveloppe et 19assemblage des conducteurs du câble, en étant étanche à l'humidité. 11) Cible selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce quVen-dessous de la spirale métallique est disposée, en sens alterné, une spirale en un matériau gonflant à l'humidité, ou contenant un produit gonflant à l'humidité.