Brevet FR2404288A1 — publié le 19790420

L'invention concerne un blindage pour câble électrique, notamment pour câble à haute ou très haute fréquence. On connalt déjà des blindages simples ou multiples pour câbles électriques. Toutefois, les blindages connus ne remplissent pas toujours parfaitement leurs fonctions dVimmuni- sation, qui consistent d'une part à empêcher que le câble rayonne extérieurement de l'énergie, d'autre part à empêcher que des parasites extérieurs viennent perturber la transmission du courant à l'intérieur du cableO Le but de l'invention est de créer un blindage pour cabale qui améliore notablement, par rapport aux blindages connus, l'immunité d'un cable, même dans des milieux très fortement para sités, ce résultat étant obtenu de façon simple et à un prix beaucoup plus avantageux que dans les solutions connues. A cet effet, 19invention concerne un blindage caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche dissipatrice d'énergie insérée entre deux structures conductrices dont l'une au moins peut revêtir la forme d'une couche conductrice ou d'un empilage de couches conductrices, les couches dissipatrices d'énergie étant constituées de matériaux dont la conductibilité est moindre que celle des matériaux constituant les structures conductrices, et qui provoquent, dans la gamme des fréquences pour lesquelles le blindage doit assurer une protection efficace, une dissipation d'énergie sous forme calorifique entrainant, dans la ligne de transmission constituée par les deux couches conductrices séparées par la couche dissipatrice, un affaiblissement d'au moins 6 décibels sur la longueur utile du câblez Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins une couche dissipatrice d'énergie contient des matériaux présentant, dans les conditions de fonctionnement du cable, des pertes diélectriques, ou se manifestant comme des pertes diélectriques qui contribuent à 19affaiblissement prévu sur l'espace interblindage associé à la longueur utile du câble. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, au moins une couche dissipatrice contient des matériaux présentant, dans les conditions de fonctionnement du cable, des pertes par courants de Foucault ou se manifestant comme des pertes par courant de Foucault ou comme des pertes résultant du phénomène d'hystérésis, qui contribuent a 19affaiblissement prévu sur l'espace interblindage associé à la longueur utile du câble. Selon une autre caractéristique de l'invention, au soins une couche dissipatrice contient des matériaux présentant, dans les conditions de fonctionnement du câbles des pertes par conduc- tion ou assimilables à des pertes par conduction, qui contribuent à l'affaiblissement prévu dans l'espace interblindage sur la longueur du cible. Selon enfin une autre caractéristique de l'invention, les couches dissipatrices d'énergie présentent des caractéristiques d'épaisseur, de conductibilité et de perméabilité relative telles quelles contribuent pour la moitié au moins à la définition de la fréquence de décrochement du blindage, c'est-â-dire la frequence fO la plus basse pour laquelle l'impédance de transfert prend une valeur moitié de la résistance linéique du blindage L'invention va être expliquée ci-dessous plus en -détail en faisant appel à un certain nombre d'expressions mathé- matiques empruntées à la théorie-simplifiée. des cables électriques blindés, et en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels - Les figures 1 et 2 montrent, en demi-coupe longitu- dinale, des câbles électriques munis de blindages simples ou multiples de construrtion connue; - Les figures 3 à 6 montrent9 en demi-coupe longitudinale, quelques exemples, non limitatifs, de cable munis de blindages conformes à l'invention. L'impédance de transfert ZT d'un cable blindé est définie comme étant le quotient de la tension parasite # appa- raissant entre deux points du blindage distants de 1 m par l'intensité k, parcourant le blindage, soit Z@ = #/@ (1) T Kirchhoff a montré que ZT est intrinsèque air blindage et symétrique par rapport à celui-ci, et qu'il'est independant de la nature et du nombre de conducteurs, actifs ou non, recouverts par le blindage. ZT comporte une partie réelle et une partie imaginaire. La partie réelle de ZT est donnée par l'expression avec et ro = résistance linéique du blindage e = épaisseur du blindage yo = perméabilité de l'espace Ar= = perméabilité relative du matériau = = conductivité du matériau = = fréquence du signal ZT est donc une fonction rapidement décroissante de #. La recherche de faibles valeurs de ZT pour une fréquence donnée entraîne à choisir des matériaux pour lesquels le produit a une valeur élevée. L'introduction de matériaux ferromagnetiques permet de donner à la perméabilité relative et à la conductibilité des valeurs élevées pour des fréquences relativement basses. Aux fréquences tres élevées, la partie réelle de ZT tend vers zéro. Toutefois, l'impédance de transfert ne s'annule pas et il subsiste un terme de valeur selfique (partie imaginaire) qui est une fonction compliquée - de la nature du blindage (tresse, ruban, feuillard, tube, etc.) - de sa composition (nombre de fuseaux, nombre de brins) - de sa géométrie (épaisseur, angles, etc.). On appelle blindage simple tout système de blindages métalliques sans solution de continuité électrique entre ses couches successives à la fréquence t considérée. On appelle blindage multiple un ensemble comprenant plusieurs et au minimum deux blindages simples selon la définition précédente séparés par une couche introduisant une discontinuité de conductivité électrique notable aux fréquences considérées, entre au moins deux des couches de blindages simples successives. Pour simplifier la représentation, on peut considerer qu'un blindage multiple est formé par des couches de blindages simples isolés entre eux, mais l'isolation peut aussi bien etre parfaite que consister en une simple discontinuité en diminution dans la conductivité. On démontre que pour n blindages d'impédance de transfert respectives ZT1, ZT2, ... ZTn, et de longueur L, on a approximativement, pour ZT représentant l'impédance de transfert de l'ensemble avec ZT = impédance de transfert du ième blindage. Zi i+1 = impédance caractéristique de la ligne formée par le i i ième blindage utilise comme ame, et le (i+l) ème blindage utilisé comme conducteur de retour. La validité de cette expression est limitée au cas où les valeurs des Zi,i+l sont très supérieures aux ZriL et ZTi+lL qui leur sont associées. A première vue, il est évident que les blindages multiples offrent des avantages considérables et permettent de réduire de façon très importante la valeur de ZT, puisque les valeurs usuelles des ( iL) (de quelques dixièmes du ohm à quelques millièmes d'ohm) sont en général très inférieures aux valeurs ususlles des Zi,i+1 (de l'ordre de quelqueschms). En fait, cet avantage n'est réel que si les espaces interblindages sont adaptés par leur impédance caractéristique. Dans ce cas, et dans ce cas seulement, la ligne formée par l'espace interblindage présente une impédance constante. Autrement, selon la longueur de la ligne et la fréquence de l'excitation, on a des variations de Z entraînant des variations considérables de l'immunité. En particulier, si la ligne est court-circuitée à l'une de ses extrémités, l'impédance vue de l'autre extrémité sera Z = Z th gL avec g = o et Zo = impédance caractéristique de l'espace interblindage, et si au contraire elle est ouverte, on verra une impédance variable Z = Zocoth &gamma;L depuis son autre extrémité Selon la fréquence, Z passe par une série de maxima de très fortes valeurs et de minima proches de zéro. Les impulsions riches en harmoniques sont susceptibles de parasiter très gravement un tel câble, puisque ZT n'est pas défini pendant le front. Dans la pratique, l'adaptation des espaces interblindages est une opération couteuse, difficile et exceptionnelle elle nécessite des connecteurs spéciaux, capables de séparer chacun des blindages simples et des formes de résistance spéciales pour l'adaptation. Enfin, la connexion est elle-niéme très difficile à réaliser puisque le dispositif émetteur ou récepteur attaché au blindage le plus interne ne doit pas avoir de point électrique commun avec le blindage le plus extérieure En sorte que, sauf éxception, les avantages procurés par des multi-blindages isolés entre eux sont illusoires, et peuvent être totalement oblitérés par les inconvénients dus aux défauts d'adaptation L'idée de base de l'invention, qui va être exposée ciaprès, permet de bénéficier des avantages des blindages multiples sans avoir à recourir à la procédure d'adaptation compliquée, coûteuse et aléatoire, évoquée ci-dessus Considérons une ligne très longue Si elle a une atténuation suffisante, on sait que l'état de sa terminaison, adaptée ou non adaptée, n a aucune influence sur son impédance d'entrée En fait, il suffit que le produit j L de la ligne soit suffisant pour que l'onde refléchie ne représente qu'une infime partie de l'onde incidente Si &alpha;; est suffisamment grand, L peut être faible Si lion sait dissiper sous forme de chaleur toute énergie disponible dans les lignes de transmission formées par les espaces interblindages (au moins dans la partie du spectre où l'on veut se protéger), on aura réalisé une pseudo-adaptation des espaces interblindages et lion pourra indifféremment courtcircuiter ou laisser ouvertes les extrémités de ces lignes sans risquer les inconvénients décrits ci-dessus. On peut alors garder les avantages d'une structure multiblindages à blindages isolés sans en subir les inconvénients, et utiliser les connecteurs coaxiaux standard en traitant tous les éléments constitutifs du blindage comme un seul et même blindage Or, on connaît plusieurs types de matériaux capables de dissiper l'énergie qu'ils reçoivent lorsqu'ils sont soumis à des champs prenant leur origine dans un phénomène électrique, magnétique ou électromagnétique Comme exemple de processus de dégradation de l'énergie sous forme de chaleur, susceptible d'être exploité, on peut citer, à titre non limitatif, les pertes diélectriques dans les isolants à forte tgS ou les pertes par courants de Foucault dans les matériaux ferromagnétiques, ou de simples pertes par conductance Supposons maintenant qu'un espace interblindage ait un affaiblissement CL important. Au bout d'un parcours le produit iQx sera tel que pratiquement le courant résiduel sera nul ou négligeable et l'on pourra, par application du théorème de la moyenne, assigner tout à la fois - une valeur moyenne im de l'intensité 4Ri - une distance parcourue moyenne ss m en sorte que, à une fréquence donnée 9 on pourra ecrire pour l'expression (1), en la réordonnant # = ZT im = Z'Ti (5) comme im D'autre part, #m se substitue â L dans l'expression (4) et on voit alors que 19 impédance de transfert équivalente pour un multiblindage est, dans ce cas Z'T1 x Z'T2 x ... x Z'Tn Z"T = #mn-1 (7) Z12 x Z23 x ... Zn-1,n Il eri résulte que Z"T En fait, on a fait disparaître la dépendance entre ZT et la puissance (n-1) de la longueur L du cable qui constituait la sujétion la plus grave des cables multiblindages. Dès lors, on peut allonger ceux-ci sans craindre que les valeurs ZTiL ne dépassent les valeurs des impédances Zi,i+1 des espaces interblindages, puisque # m est Ainsi, en introduisant, selon l'invention, dans les espaces interblindages des matériaux tels que ceux cités plus haut à titre non limitatif (isolants à porte ## #, matériaux ferro-magnétiques, etc ), on peut utiliser pleinement les avantages des blindages multiples sans se heurter aux difficultés rédhibitoires qu'entraîne autrement l'adaptation des espaces interblindages. La figure 1 représente schématiquement en demi-coupe longitudinale un cable muni d'un blindage simple de type connu. A partir de l'axe longitudinal O-O du câble, on trouve successivement, en allant vers l'extérieur - l'âme 1 du câble - une couche d'isolation 2 qui peut 7 par exemple dans le cas d'un câble coaxial, être un intervalle rempli d'air ou d'un gaz, - un empilage de n couches conductrices en contact les unes avec les autres sans solution de continuité électrique La figure 2 représente, dans les mêmes conditions, un câble muni d'un blindage multiple de type connut Ce câble se différencie du câble de la figure 1 en ce qu'une couche 4 intermédiaire est disposée entre des empilages de n et ne couches conductrices.Cette couche intermediaire introduit entre les empilages n et n? une discontinuite électrique sans pour autant présenter les propriétés des couches dissipatrices faisant l'objet de l'invention Les figures 3 à 6 représentent, en demi-coupe longitudinale, divers exemples de câbles munis de blindages selon l'invention, c'est-à-dire comportant au moins une couche dissipatrice insérée entre deux structures conductrices. Dans le cas particulièrement simple de la figure 3, le blindage ne comporte quVune couche dissipatrice 5 appliquée directement sur l'âme 1 du câble qui forme aussi une des structures conductrices enserrant la couche dissipatrice 5, 1' autre couche conductrice étant directement constituée par la terre 6, ou le milieu formant masse électrique, dans lequel est plongé le câble. La figure 4 correspond à une construction encore très simple où on rencontre successivement, en allant de l'axe 0-0 du câble vers l'extérieur - l'âme 1 du câble - une couche ou intervalle d'isolation 2 - une couche conductrice 3 - une couche dissipatriçe 5 - la terre, ou la masse, 6 Les figures 5 et 6 correspondent à des réalisations plus complexes dans lesquelles on rencontre, après la couche ou intervalle 2, des empilages 3, 3', 3" etc de couches conductrices, séparés par des couches dissipatrices 5, 5', etc... Les exemples correspondant aux figures 3 à 6 ne sont pas limitatifs et d'autres cas de construction pourraient être imaginés sans sortir du cadre de l'invention Dans ce qui précède, n, n' n", etc.. désignent des nombres de couches supérieurs ou egaux à l'unité Les couches conductrices 3, 3', 3's, etc peuvent être de natures différentes, ainsi que les couches dissipatrices 5, 5, etc... Dans le cadre de l'invention, les structures des couches conductrices peuvent etre réalisées par tous les moyens usuels, tels que tressageS rubannage, soudure ou sertissage de feuillards, utilisation de tubes étirés, etc Bien entendu, l'invention n'est pas limite aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, â partir desquels on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention R EVENDICAT IONS 10) Blindage pour cable électriques notamment pour câble à haute ou très haute fréquence, blindage caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche dissipatrice d'énergie insérée entre deux structures conductrices dont l'une au moins peut revêtir la forme d'une couche conductrice ou d'un empilage de couches conductrices, les couches dissipatrices d'énergie étant constituées de matériaux dont la conductibilité est moindre que celle des matériaux constituant les structures conductrices, et qui provoquent, dans la gamme des fréquences pour lesquelles le blindage doit assurer une protection efficace, une dissipation d'énergie sous forme calorifique entraînant un affaiblissement d'au moins 6 décibels dans l'espace interblindage sur la longueur utile du câble. 20! Blindage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une couche dissipatrice d'énergie contient des matériaux présentant, dans les conditions de fonctionnement, du câbles des pertes diélectriques, qui contribuent à l'affaiblissement prévu dans l'espace interblindage sur la longueur utile du câble. 30) Blindage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une couche dissipatrice contient des matériaux présentant, dans les conditions-de fonctionnement du câbles des pertes par courants de Foucault ou des pertes résultant du phénomène d'hystérésis, qui contribuent à 11affaiblissement prévu dans l'espace interblindage sur la longueur du câble. 40) Blindage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une couche dissipatrice contient des matériaux présentant, dans les conditions de fonctionnement du câble, des pertes par conduction ou assimilables à des pertes par conduction, qui contribuent à l'affaiblissement prévu dans l'espace interblindage sur la longueur du cable. 50) Blindage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches dissipatrices d'énergie présentent des caractéristiques d'épaisseur, de conductibilité et de perméabilité relative telles qu'elles contribuent pour la moitié au moins à la définition de la fréquence de décrochement du blindage. 60) Blindage selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ltune au moins des couches dissipatrices d'énergie contient des matériaux ferromagnétiques. 70) Blindage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'une au moins des couches dissipatrices d'énergie contient des matériaux isolants. 80) Blindage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'une des structures conductrices enserrant une couche dissipatrice d'énergie est constituée par la terre et/ou les masses voisines. 90) Blindage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'une des structures conductrices enserrant une couche dissipatrice d'énergie est constituée par l'amie du câble.