Brevet FR2468189A1 — publié le 19810430

La présente invention concerne un câble élec- trique isolé par de la matière plastique et protégé contre l'hu- midité, notamment pour la transmission de tensions très élevées, avec un conducteur ou un cordon conducteur constitué d'éléments distincts allant d'un bout à l'autre du câble. A une époque récente, de nombreuses recherches techniques ont été entreprises dans le but de rassembler des informations sur les dégâts manifestement causés à l'isolation des câbles électriques revêtus de matière plastique par des concentrations d'eau (arborescencesd'eau, "Iwater trees") et pour prendre des dispositions susceptibles d'éviter ces endom- magements de câbles. De façon correspondante, le nombre des pu- blications décrivant l'accroissance des arborescences d'eau et faisant des propositions pour que de tels phénomènesqui abais- sent l'espoir de vie d'un câblepuissent être éventuellement évités, est également élevé. Toutes les recherches faites jusqu'à ce jour partent de ce que l'humidité parvient tout d'abord dans l'isola- tion. Une diffusion d'humidité peut en premier lieu intervenir déjà pendant la fabrication, par exemple lors du processus de réticulation par action de la vapeur d'eau en passage continu à travers une ligne de cha nes (installation CV) ou bien lors de l'exploitation, par exemple lors de l'endommagement d'une enveloppe métallique ou bien par diffusion de vapeur d'eau à travers une enveloppe en matière plastique endommagée. Sous l'influence des champs électriques régnant au cours de l'exploi- tation, on arrive alors à la formation des arborescences connues dont la croissance continue peut finalement aboutir à des claquages électriques et en fin de compte à la destruction du câble lui-même. Mais des destructions dans le câble peuvent également intervenir du fait que l'humidité se trouvant dans la partie conductrice du câble ou bien pénétrant au cours de l'exploitation dans cette partie conductrice, par exemple de l'eau, entra ne des phénomènes de corrosionsur la base de la formation d'un élément pile entre le matériau des conducteurs et l'uniformisation des conducteurs, c'est-à-dire la couche conductrice interne. Les conducteurs en aluminium entourés de couche conductrices contenant de la suie sont dans ce cas par- ticulièrement sujets à incidents. Pour la solution du problème consistant à 2.- 2468189 empocher la pénétration d'humidité de l'extérieur jusque dans l'isolation, il a déjà été fait de nombreuses propositions. C'est ainsi qu'on connait des blindages métalliques sous la forme de bandes métalliques placées autour de l'âme du câble (US-PS 4 145 567) ainsi que des isolations avec des pentes de diffusion'dirigées de l'intérieur vers l'extérieur (DOS 27 54 336) ou bien des couches absorbant l'eau au-dessus de l'isolation (DOS 27 37 108). Que l'une ou l'autre de ces solu- tions puissent également assurer une interruption efficace de la diffusion d'eau tout au moins l'atténuer fortement, il n'est toutefois pas pris en considération ici que l'humidité peut parvenir dans l'isolation également par l'intérieur, c'est- à-dire par l'intermédiaire des conducteurs eux-m8mes et y pro- voquer les dégâts précités. Par ailleurs on a déjà envisagé que notamment les cordons conducteurs de câbles électriques constitués de fils séparés puissent jouer le r8le de "canalisations d'eau" c'est- à-dire qu'on puisse les rendre responsables du transport de l'humidité sur la totalité de la longueur du câble. Pour apporter à ceci des remèdes, c'est-à-dire pour limiter le transport de Veau, on a eu recours à des méthodes de bouchage connues em- pruntées à la technique des câbles de télécommunication et on a appliqué celles-ci à l'étanchement par tronçons des câbles pour la transmission de l'énergie. Dans ce contexte, on mentionnera un procédé connu (DAS 21 54 749) dans lequel le conducteur interne, revê- tant la forme d'un conducteur à torons, d'un câble haute ten- sion, est muni à intervalles réguliers d'une section transver- sale fermée en matériau métallique. Un autre étanchement connu du conducteur prévoit (DOS 28 08 438), de disposer à intervalles sur le cordon conducteur, des bouchons en un matériau réticulé présentant l'élasticité du caoutchouc, la.longueur axiale étant faible'par rapport à la distance axiale des bouchons successifs, Ces dispositions rendent pratiquement une migration de l'humidité le long du câble impossible, mais l'humidité provenant de la fa- brication et se trouvant dans les conducteurs, par exemple aussi l'eau de condensation, a comme avant, la possibilité de parve- nir entre les emplacements des bouchons dans la couche conduc- trice interne et finalement dans l'isolation, tandis que des points faibles dans l'isolation et la couche conductrice, parti- culièrement favorisés par les intensités de champs élevées au voisinage des conducteurs, facilitent l&:croissance des arbo- rescences. En conséquence, le but de l'invention est en premier lieu de trouver une possibilité de réduire dans une large mesure le risque d'apparition d'arborescences. Simultané- ment on veillera à ce que des formations possibles d'éléments de pile dûes à des combinaisons de matériaux différents dans la constitution du câble, soient évitées. A cet effet, l'invention concerne un câble du type précité, caractérisé en ce que le conducteur ou le cordon conducteur est entouré d'une gaine métallique fermée étanche, nmunie d'un cordon de soudure longitudinal et éventuellement ra- menée vers le bas sur la couche supérieure des éléments dis- tincts du conducteur ou du cordon conducteur. Cette gaine qui empêche simultanément les différents filspar exemple d'un cordon conducteurde former des boucles au cours du processus de fabrication, donne: la certitude que de l'humidité en pro- venance des conducteurs ne peut plus pénétrer dans l'isolation ou bien dans la couche conductrice interne. Les conducteurs sont étanchés sur la totalité de leur longueur et lors du montage des opérations suppI4bentaires telles que l'enlèvement de bou- chons aux points de raccordement ou de liaison, n'ont plus besoin d'être exécutées. La gaine est avantageusement ramenée vers le bas sur le cordon conducteur, si bien que les conduc- teurs agissent comme un support pour un tube. Certes, il est en soi connu (demande p53697 D du 2 Septembre 1949) de fabriquer les conducteurs d'un câble à gaz sous pression, à partir d'une âme toronée en fils d'alu- minium avec une gaine sans soudure en aluminium, ceci toutefois dans le but de l'uniformisation du champ électrique pour éviter les effets Corona en surface et les phénomèhes de corrosion sur l'âme toronn4e.C'est essentiellement au même but que répond un autre procédé connu (GB-PS 757 745) dans lequel des torons de canalisations libres sont munis d'une gaine fermée constituée d'une bande métallique soudée* AA contraire, l'invention concerne un câble de transmission d'énergie qui comporte au- dessus des conducteurs, contre l'isolation.des couches extrudées pour l'uniformisation du champ électrique (couches conductrices), couches qui d'après 4. 2468189 les notions les plus récentes sont sensibles aux effets de l'hu- midité et qui, en conséquence, notamment lorsque des tensions de fonctionnement très élevées interviennent, doivent être proté- gées pour garantir la sécurité d'exploitation qu'on est en droit d'attendre. Dans la mise en oeuvre de l'invention, il s'est avéré avantageux que le matériau de la gaine soit identique au matériau du conducteur ou du cordon conducteur, ou tout au moins en soit voisin, en ce qui concerne sa position sur l'échel- le des tensions électro-chimiques. Ainsi, on choisira avantageu- sement.comme matériau pour l'enveloppedu cuivre ou bien un al- liage de cuivre approprié lorsque les éléments distincts, par exemple les différents fils d'un cordon conducteur, sont cons- titués de cuivre. Par ailleurs, on se décidera pour une gaine en aluminium lorsque le cordon conducteur est fabriqué en alu- minium ou en un alliage d'aluminium. Bien entendu des fils ou des gaines plaquées conviennent également par exemple en alumi- nium et cuivre lorsque des exigences particulières, telles qu'une économie de matériau ou de poids, interviennent. Des avantages particuliers, notamment en ce qui concerne la stabilité de la section transversale du conduc- teur, etc..., sont obtenus lorsquedans une autre réalisation du concept de l'invention, la gaine elle-m8me est appliquée très étroitement sur le cordon conducteur constitué d'une plura- lité de fils. De ce fait, le risque de pliage de la gaine lors de la fabrication du câble et du processus d'enroulement lié à cette fabrication, se trouve exclu. Ceci est particulièrement valable lorsque la gaine elle-même constitue une partie du con- ducteur ou du cordon conducteur. La gaine fermée assure alors en même temps une uniformisation du champ électrique. Dans ce contexte, il est particulièrement avantageux que la gaine rem- place au moins la couche supérieure des conducteurs ou du cordon conducteur. Il en résulte un cordon conducteur compact, stable mécaniquement avec de bonnes caractéristiques de flexion et de montage, et qui autorise le transport de l'eau en direction lon- gitudinale en excluant toutefois un endommagement de l'isole- ment. Il ne faut pas omettre de mentionner que l'ap- plication de l'invention n'est pas limitée à des cordons conduc- teurs de constitution concentrique, mais qu'également les conduc- a 2468189 teurs profilés toronrés ensemble peuvent être entourés avec la gaine métallique fermée. Il est par exemple avantageux d'utili- ser avec la gaine métallique des secteurs d'aluminium de très grandes sections transversales toronnés ensemble. Il est en outre avantageux selon une autre réa- lisation de l'invention que le diamètre du conducteur conforme à l'invention soit plus faible que celui d'un conducteur de m8me résistance résultant dr toronrege d'une pluralité de fils. On est ainsi certain que l'ensemble des couches spécifiques du câble considéré peut être conservé. couches conductrices, isolation, écran, enveloppe et que le diamètre du câble est réduit. Pour la constitution du conducteur conforme à l'invention, le rapport du diamètre d de l'âme toronée à l'épais- seur s de la paroi du tube soudé par dessus cette âme est d'une importance déterminante. Plus grand est le rapport d s s, plus la gaine (tube) a tendance à se plier pour des flexions du conducteur correspondant aurdiamètres qui sont usuels lors des différents processus de fabrication, ainsi que lors de la pose et du montage du câble. Comme par ailleurs la gaine, par exemple aussi pour des raisons de corrosion, est constituée du même ma- tériau que l'âme conductrice tororn5a. il est avantageux pour la constitution précitée du cordon conducteur que l'on ait effec- tivement s Pgef = -1 + Ph o Fgef est la surface de section transversale totale exigée du conducteur, F 1 la surface de section transversale de l'âme Ph la surface de section transversale de la gaine. Lorsque du cuivre est employé comme matériau conducteur, un cordon conducteur particulièrement approprié est obtenu lorsque d: s = 25, lors de la réalisation de l'inven- tion, le calcul de l'épaisseur de paroi s'effectue alors selon la formule o 1 l s = 20 E Fgef Si l'on utilise, non pas du cuivre mais de l'aluminium comme matériau conducteur, alors d: s = 18 et l'épaisseur s de la paroi correspond à O 17 gef Pour des câbles de très haute tension avec une constitution de conducteur classiques, il est en règle générale rapporté sur la surface extérieure du conducteur pour l'unifor- misation du champ électrique, une couche conductrice, par exemple extrudée ou sous forme de bande * L'invention permet de renoncer dans certains cas à une telle couche conductrice, si bien que les processus opératoires et les matériaux peuvent être éco#omi- sées. Pour les cas o une couche conductrice extrudée doit toutefois être prévue par dessus la gaine, ou que l'isola- tion doit être directement extrudée sur la gaine, il peut être avantageux de prévoir sur cette gaine des aspéritéspar exemple sous la forme de saillies et de cavités, si bien que l'adhérence de la couche extrudée s'en trouve augmentée, L'invention va être expliquée plus en détail en se référant aux figures 1 et 2 ci-jointes représentant res- pectivement en coupe transversale deux exemples différents de réalisation d'un câble conforme à l'invention, Dans le cas d'un câble haute tension mono-phasé selon la figure 1, le cordon conducteur 1 est constitué de l'âme 2 en fils distincts toronnés, par exemple en cuivre, et de la gaine 3 également en cuivre. La section transversale totale né- cessaire pour la transmission d'une énergie déterminée se com- pose alors de l'âme 2 et de la gaine 3, cette gaine 3 étant constituée d'une bande de cuivre conformée longitudinalement en continu pour former un tube et munie d'un cordon de soudure longitudinal sur ses bords, cette gaine étant étroitement ap- pliquée sur l'âme 2 lors de la formation du tube, Au-dessus de la gaine est prévue la couche con- ductrice interne 4, qui est recouverte par l'isolation 5. Grâce au conducteur étanche à l'humidité, les couches.4 et 5 sont ain- si protégées de façon certaine contre l'action de l'humidité ve- nant de l'intérieur. La couche conductrice externe désignée par 6, 7 est l'écran classique indiqué ici seulement schémati- quement, et 8 est l'enveloppe assurant la protection mécanique vers l'extérieur, cette enveloppe étant par exemple constituée d'un matériau à base de chlorure de polyvinyle ou de caoutchouc résistant à la flamme. Sur la figure a est représentée une solution particulièrement économique pour une section transversale de 2468189. conducteur en aluminium constitué de secteurs. Les conducteurs massifs en aluminium extrudés en forme de secteurs, et qui sont mis en oeuvre sans problème depuis de nombreuses années, dans les câbles basse tension, sont toronres ensemble. Sur ces conduc- teurs toronnés,iui pourraient également être constitués de fils distincts toronnd% est disposée la gaine métallique 10 fermée. Par dessus le conducteur ainsi constitué est ensuite réalisée la constitution du câble correspondant à l'application prévue. Les conducteurs profilés eux-mêmes peuvent également 9tre toronnés autour de ce que l'on appelle un tube support ou bien une hélice support, lorsquepour de grosses sections transversales de conducteurson doit tenir compte de l'effet Kelvin, et que l'âme du conducteur n'intervient pas pour le transport de l'énergie. La gaine fermée proposée conformément à l'in- vention, par exemple lors de la mise en oeuvre de conducteurs toronnés en forme de segments qui peuvent 8tre obtenus économique- ment, apporte encore l'avantage qu'une pénétration de la couche conductrice dans les interstices entre les éléments conducteurs se trouve évitée lorsque par exemple du polyéthylène réticulable est extrudé comme matériau isolant. 2468189 ' REVENDICATIONS lo- Câble électrique isolé par de la matière plastique et protégé contre l'humidité, notamment pour la trans- mission de tensions très élevées, avec un conducteur ou un cordon conducteur constitué d'éléments distincts allant d'un bout à l'autre du câble, câble caractérisé en ce que le conduc- teur ou le cordon conducteur est entouré d'une gaine métallique fermée étanche,munie d'un cordon de soudure longitudinal et éventuellement ramenée vers le bas sur la couche supérieure des éléments distincts du conducteur ou du cordon conducteur. 2 - Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de la gaine est identique au matériau du conducteur ou du cordon conducteur, ou tout au moins en est voi- sin, en ce qui concerne sa position sur l'échelle des tensions électrochimiqueso 3 - Câble selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que la gaine elle-même fait partie du conducteur ou du cordon conducteur. 4 - Câble selon la revendication 39 caractérisé en ce que la gaine remplace au moins la couche supérieure du conducteur ou du cordon conducteure 5.- Câble selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, avec une gaine et des éléments conducteurs en cui- vre, câble caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi de la gai- ne satisfait à peu près à la formule s - M gef o s est l'épaisseur de paroi de la gaine en millimètre et Fgef la surface de section transversale totaleen millimètres carrés> exigée du conducteur. - Câble selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4 avec une gaine et des éléments conducteurs en alu- minium, câble caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi de la gaine satisfait à peu près à la formule: 8 = 1 s = gel 7o- Câble selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce que la gaine métallique assume simultanément la fonction de la couche conductrice interne. 8.- Câble selon l'une quelconque des revendica- 9.- 2468189 tions 1 à 7, caractérisé en ce que la gaine comporte sur sa face externe des aspérités pour augmenter l'adhérence par rap- port au matériau polymérisé conducteur ou isolant extrudé sur elle. 9.OCble selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que le cordon conducteur placé dans la gaine métallique est constitué de trois à six fils métal- liques profilés toronnés ensemble.