Brevet FR2456374A1 — publié le 19801205

L'invention concerne .n câble électrique souple à un conducteur pour des tensions continues élevées, comprises de préférence entre 60 et 200 kVs comportant un conducteur à haute tension métallique, une couche de commande de potentiel intérieure, un isolant à haute tension, une couche de commande de potentiel extérieure un écran et une gaine. Du brevet allemand N 2.353.809, on connaît un cible à haute tension, notamment pour la connexion d'un dispositif servant à la pulvérisation électrostatique à l'aide d'une source à haute tension séparée. Ce brevet signale les problèmes de l'isolement électrique de tensions continues élevées, ainsi que les dangers en résultant eventuellement. L'invention est baste sur l'ideae de fournir un cible electrique pour des applications où des conducteurs d'intensité de courant relativement faible doivent transmettre des tensions relativement élevées Notamment le rayon de la couche de commande de potentiel intérieure doit entre dimensionnee de façon optimale. Ce but est atteint de façon avantageuse du fait que le conducteur à haute tension métallique est entouré, par extrusion, d'une couche de commande de potentiel intérieures avec les tolérances imposées par la technique de fabrication, de façon que le rayon R de la couche de commande de potentiel intérieure 2 réponde à la relation ROPT = Uo/Emax, dans laquelle RopT = rayon de la couche de commande de potentiel intérieure en mm, U0 = tension nominale du câble par rap port à la terre en kV et E = intensité de champ admissible au max maximum du matériau isolant utilisé en kV/mm et que le conducteur à haute tension métallique est dimensionné de façon que la différence entre le rayon RL du conducteur à haute tension et le rayon RgpT de la couche de commande de potentiel intérieure fournisse au moins ltépaisseur de paroi du point de vue fabrication pour une réalisation régulière de la couche de commande de potentiel. Les relations mathématiques pour la formule ROPT = Uo/Emax utilisée s'expliquent dans ce qui suit. Pour le condensateur cylindrique coaxiale, comme circuit équivalent d'un conducteur isolé à écran mis à la terre, il scapplique, à base de la théorie du champ électrique que U0 Emax = (1) ri . ln ra/ri formule dans laquelle E max = intensité de champ au conducteur inté rieur, respectivement à la couche de commande de potentiel intérieure en kV/mm; Uo = tension nominale du conducteur par rap port à la terre en kV; r. = rayon du conducteur intérieur respec tivement rayon de la couche de commande de potentiel intérieure en mm; r = rayon de l'isolement, respectivement a rayon intérieur de la couche de commande de potentiel extérieure en mm. Le rapport avantageux entre le rayon extérieur r a et le rayon intérieur r. s'obtient par différenciation de l'équation (1) selon r. et, de ce fait, selon ra = e = 2,71828 ..... (2) ri ce qui signifie que, pour un condensateur cylindrique coaxial, il faut choisir le rapport ra/ri = e lorsque l'intensité de champ la plus élevée au conducteur à rayon plus petit doit étre minimale. Lorsque le rapport de rayon e est substitué dans l'équation (1), il en résulte Rompt (3) max expression dans laquelle: ROPT = rayon optimal du conducteur interieur, respec tivement à la couche de commande de potentiel intérieure en mm; U = tension du conducteur intérieur par rapport à l'écran (mis à la terre) en kV; Emax = intensité de champ admissible au maximum du matériau isolant utilisé en kV/mm. De l'équation (3), il ressort qu'il existe, pour chaque matériau isolant un rayon intérieur optimal ROPT, auquel la charge de tension électrique du matériau isolant atteint une valeur minimale sous la tension donnée. Dans la réalisation en pratique, le conducteur conforme à l'invention satisfait aux conditions de l'équation (3) et de inéquation (1). Des examens spéciaux concernant la capacité du champ d'intensité électrique du matériau isolant effectués à l'aide de méthodes d'évaluation statiques appropriées permettent de déterminer la propriété du matériau pour la grandeur Emax. La grandeur Emax, qui peut être considérée ainsi comme valable, permet de déterminer pour chaque matériau isolant et à l'aide de l'équation (3), le rayon ROpT de la couche de commande de potentiel intérieure pour la tension de fonctionnement momentanée. La grandeur de ROpT permet de déterminer le rayon ra de l'isolement à haute tension à l'aide de ltéqua- tion (2): ra = ri . e (4) ra = ri . 2,71828 Le renversement de l'équation (1) et l'introduction de l'expression r a ri + T3 permet de calculer de façon directe l'épaisseur de paroi T3 avec T3 = ROPT # U0 (5) (e Emax # ROPT - 1) Les avantages offerts par le conducteur conforme à l'invention, comparativement aux constructions de cible utilisées jusqurà présent, consistent notamment dans: 1. amélioration de la flexibilité, c'est-à-dire une meilleure flexibilité du conducteur et une réduction des rayons de courbure admissibles du point de vue fonctionnement; 2. amélioration de la résistance à la flexion, c'est-à-dire réduction de la période jusqutà la fin de fonctionnement du cabale provoquée par un effet de flexion; 3. une réduction du diamètre du cable pour une tension nominale égale, ainsi qutune réduction y liée du poids propre du cable, fournit des avantages par une maniabilité plus fa cilles par exemple dans le cas d'utilisation de pulvérisa teurs manuels reliés aux ctbles, ainsi que par des économies de matériau pendant la réalisation du cabale; 4. une protection augmentée, dans le cas de défauts contre le danger de tension du personnel opérateur par amorçage à haute tension; le danger d'explosion par étincelage élec trique, par exemple dans des ateliers dtusine 8 à danger d'ex- plosion et contre'le danger dtincendie. Le ctble conforme à l'invention convient notamment comme canalisation d'alimentation flexible pour des appareils à main, fonctionnant avec des tensions continues élevées, par exemple dans la gamme comprise de préférence entre 60 et 120 kV. Le cabre conforme à l'invention convient notamment aux pulvdrisateurs à main électrostatiques, par exemple les pistolets pulvérisateurs utilisés pour la peinture. La description ci-aprés, en se référant au dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Le conducteur à haute tension métallique 1 est formé par un fil torsadé résistant à la flexion constitué par du fil rond de cuivre, au besoin renforcé par voie mécanique avec des fils ronds en acier résistant à la traction et sert à la conduction de la haute tension. La couche de commande de potentiel intérieure 2 est une couche conductrice en polyéthylène extrudée conducteur, réticulé ou thermoplastique, au besoin à base d'autres substances thermoplastiques ou thermo-élastiques, comme chlorure polyvinylique, résiné époxy et butyle. La couche de commande de potentiel intérieure 2 est en contact conducteur avec le conducteur à haute tension 1 et remplit simultanément les fonctions suivantes: a) délimitation géométrique nette du potentiel à haute tension, les règles pour le dimensionnement de la couche conductrice constituantroljet de la présente invention; b) égalisation du champ électrique; c) comme condition du point de vue technique de fabrication pour un passage sans cavités à l'isolant à haute tension proprement dit 3 qui, d'une façon générale, est appliqué au cours d'un processus d'extrusion combiné, simultanément avec la couche conductrice. Les fonctions b) et c) servent de façon connue notamment à la suppression de charges partielles à l'état de fonction nement à haute tension du cabale. L'isolant à haute tension 3 constitue une couche résistant à la haute tension en polyethylène extrudé à densité basse, thermoplastique ou réticulé, au besoin à base d'autres substances thermoplastiques ou thermo-élastiques, comme par exemple chlorure polyvinylique, résine époxy et butyl. Les taxes pour le dimensionnement de l'isolant constituent l'objet d'une réalisation de la présente invention. La couche de commande de potentiel extérieure 4 est une couche conductrice constituée par des bandes de voile élastiques conductrices, enroulées avec chevauchement ou s'étendant dans la direction de l'axe du ciblez au besoin avec des couches conductrices constituées par d'autres bandes conductrices, au besoin avec des couches conductrice extrudées, par exemple en polyoxyéthylène ou résine époxy, au besoin avec des couches conductrices en vernis conducteur ou dispersions conductrices, en combinaison avec des bandes de recouvrement conductrices additionnelles, au besoin avec des couches conductrices en poudres, graphite, suie et autres substances conductrices, en combinaison avec des bandes de recouvrement conductrices additionnelles. La couche de commande de potentiel extérieure 4 est en contact conducteur avec l'écran métallique et remplit simultanément les fonctions suivantes: a) comme délimitation géométrique nette du potentiel de terre, respectivement du potentiel protecteur, la présence de la couche conductrice, respectivement dans la réalisation constructive spéciale constltuel'objet d'une réalisation de la présente invention; b) égalisation du champ électrique; c) écran conducteur ajusté comme protection additionnelle contre le danger de tension dans le cas de rupture des fils de l'écran métallique, L'écran métallique 5 est sous forme d'un enroulement de fil résistant à la flexion et fermd du point de vue optique, constitué par du fil rond mince en cuivre appliqué sur la couche de commande de potentiel 4 en contact conducteur avec cette dernière. L'écran est constitué par un enroulement de fil fermé, du point de vue optique, pour au moins 95* constitué par des fils ronds minces en cuivre, dont 1'angle de cablage, calculé entre la direction d'application des fils séparés et l'axe longitudinal du ctble est compris entre environ 20 et 45 . L'écran métallique 5 remplit simultanément les fonctions suivantes: a) protection de contact contre le danger de tension; b) conduction des courants de charge, de dérivation et des court-circuits; c) élément conducteur longitudinal pour la conduction du potentiel de terre, respectivement de protection tant la fonc tionqtela réalisation spéciale de l'écran métallique, eu égard à la résistance mécanique dans le cas dteffort de flexion, constituant une forme de réalisation de l'invention, La gaine extérieure 6 remplit la fonction d'une couche protectrice contre des actions mécaniques chimiques et est constituée par de l'uréthanne polyester thermoplastique extrudé additionné d1une substance susceptible d'éteinre des flammes. Le cible contient de préférence en outre deux conducteurs de commande 7, qui sont appliqués entre l'écran métallique 5 et la gaine extérieure 6, soit de façon juxtapo sée, soit de façon torsadée autour de l'écran métallique 5 ou s'étendant dans la direction de l'axe du ciblez Lés conducteurs de commande additionnels peuvent présenter un conducteur torsadé 92 qui est renforcé mécaniquement par un fil drapier 8 central. Isolant 10 du conducteur de commande 9 peut étre constitué par un polyéthylène à densité élevée ou du poly propylène. L'isolant 10 du conducteur de commande 9 est de préférence entouré par extrusion d'une couche de recouvrement conductrice complète 11, par exemple en polyéthylène thermoplastique rendu conducteur, et la couche conductrice 11 est en contact de conducteur avec l'écran métallique 5. Le diamètre total des conducteurs de commande 7 y compris la couche conductrice 71 ne dépasse pas une valeur de 1,8 mm, respectivament une valeur de 1,2 mm dans le cas de conducteurs de commande sans couche conductrice. REVENDICATIONS : 1. Câble électrique souple à un conducteur pour des tensions continues élevées, comprises de préférence entre 60 et 200 kV, comportant un conducteur à haute tension métallique, une couche de commande de potentiel intérieure, un isolant à haute tension, une couche de commande de potentiel extérieure, un écran et une gaine, caractérisé en ce que le conducteur à haute tension métallique est entouré, par extrusion, d'une couche de commande de potentiel intérieure, avec les tolérances imposées par la technique de fabrication, de façon que le rayon R de la couche de commande de potentiel intérieure 2 réponde à la relation ROMPT Uo/Emaxw dans laquelle ROPT = rayon de la couche de commande de potentiel intérieure en mm, UO = tension nominale du cible par rapport à la terre en kV, et E max = intensité de champ admissible au maximum du matériau isolant utilisé en kV/mm et que le conducteur à haute tension métallique est dimensionné de façon que la différence entre le rayon RL du conducteur à haute tension et le rayon ROpT de la couche de commande de potentiel intérieure fournisse au moins l'épaisseur de paroi nécessaire du point de vue fabrication pour une réalisation régulière de la couche de commande de potentiel. 2. Cabale selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dimensionnement de l'isolant aux tensions qEt choisi, tout en tenant compte de la couche de commande de potentiel intérieure mesurée conformément à la revendication 1, de façon que 11 intensité de champ le plus élevé à la couche de commande de potentiel intérieure présente une valeur minimale dans le cas d'une charge à haute tension du fait que l'épaisseur de paroi T3 de l'isolant à haute tension satisfait, avec des tolérances imposées par la technique de fabrication, à la rela tion U0 T3 = ROPT # (e Emax # ROPT -1) expression dans laquelle T3 = épaisseur de paroi de l'isolant à haute ten sion en mm, ROMPT= rayon de la couche de commande de potentiel mesurée conformément à la revendication 1 en mm, e = 2,71828 ... (base des logarithmes naturels), UO = tension nominale du câble par rapport à la terre en kV. 3. Cabale selon la revendication 1 ou 2, caractarisé en ce que l'isolant à haute tension est constitué par un polyéthylène résistant à haute tension à densité basse. 4. Câble selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'isolant à haute tension est étroitement entouré d'une couche de commande de potentiel extérieure con ductrice, qui est constituée de préférence par une ou deux bandes conductrices chevauchantes à base de voile. 5. Cabale selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche de commande de potentiel extérieure est en contact électroconducteur avec un écran métallique entourant de façon directe la couche de commande de potentiel et constitué par un enroulement de fil fermé, du point de vue optique, pour au moins 95%, constitué par des fils ronds minces en cuivre, dont l'angle de c blages calculé entre la direction d'application des fils séparés et l'axe longitudinal du cible est compris entre environ 20 et 45 . 6. Cable selon l'une des revendicatiohs 1 à 5, caractérisé en ce que l'écran métallique est entouré d'une gaine extérieure inflammable à base d'uréthane polyester. 7. Cabale selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le cible contient de préférence en outre deux conducteurs de commande, qui sont appliqués entre l'écran métallique et la gaine extérieure, soit de façon juxtaposée, soit de façon torsadée autour de l'écran métallique ou s'étendant dans la direction de l'axe du câble. 8. Cabale selon la revendication 7, caractérisé en ce que les conducteurs de commande additionnels présentent un conducteur torsadé, qui est renforcé mécaniquement par un fil d'acier central. 9. Cabale selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que l'isolement du conducteur de commande est constitué par un polyéthylène à densité élevée ou du polypropylène. 10. Cabre selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'isolant du conducteur de commande est de préférence entouré par extrusion d'une couche de recouvrement conductrice complète, par exemple en polyéthylène thermoplastique rendu conducteur, et la couche conductrice est en contact de conducteur avec l'écran métallique. 11. Cable selon l'une des revendications 7 à 10 caractérisé en ce que le diambtre total des conducteurs de commande, y compris la couche conductrice ne dépasse pas une valeur de 1,8 mm, respectivement une valeur de 1,2 mm dans le cas de conducteurs de commande sans couche conductrice.