Brevet FR2509080A1 — publié le 19830107

Liaison électrique pour longues distances La présente invention est relative à une liaison électrique pour longues distances. Par longues distances, on entend de la dizaine à plusieurs centaines de kilomètres. La transmission de l'énergie électrique sur de longues distances est aujourd'hui assurée principalement par des lignes aériennes à haute tension. Ces lignes nécessitent des couloirs qui occupent un espace qui est une gêne importante dans les zônes habitées. Par ailleurs, par leur nombre et leur hauteur, les pylones créent une nuissance esthétique à laquelle il est quasiment impossible de porter remède. On a pu songer à remplacer les lignes aériennes par des liaisons par câbles ou par des liaisons blindées isolées à l'hexafluorure de soufre. Si certains des inconvénients des lignes sont supprimés par des liaisons du type précité, enterrees ou posées sur le sol, ces liaisons présentent elles-mêmes des inconvénients qui rendent rédhibitoire leur utilisation pour les longues distances. Les câbles, à isolement sec ou à l'huile sont d'un prix de revient élevé et présentent une capacité électrique trop importante. Les liaisons blindées isolées à lthexofluorure de soufre présentent unecapacité électrique moindre, mais sont très chères et nécessitent un niveau très elevé de propreté intérieure (absence de poussières) sous peine d'amorçage. Une telle exigence condamne ltem- ploi des liaisons blindées dès que leur longueur doit atteindre plusieurs kilomètres. Un but de la présente invention est de définir une liaison électrique pour le transport de l'energie électrique sur de longues distances qui soit d'un prix de revient acceptable, dont la capacité électrique soit relativement faible et dans laquelle la propreté soit maintenue en permanence. L'invention a pour objet une liaison électrique comprenant une gaine formée de tronçons raccordés par des manchons pouvant coulisser sur ces tronçons de manière à ce que chaque tronçon puisse etre déplacé latéralement sans déplacer les autres, au moins un conducteur placé à l'intérieur de la gaine et constitué par un câble, un tube, ou une barre pleine, des tirants en matériau isolant maintenant le conducteur en place, caractérisée par le fait que les tirants sont disposés de telle sorte qu'à l'intérieur d'un tronçon de gaine au moins un groupe d'au moins trois tirants tire sur le conducteur en direction de l'extrémité voisine du tronçon de gaine, et qu'au moins un autre groupe d'au moins trois tirants tire dans le sens opposé en direction de l'autre extrémité, de telle sorte que la partie de conducteur entre les deux groupes soit toujours en traction, l'intérieur de la gaine étant remplie d'un gaz isolant en mouvement. Avantageusement, les tirants sont obtenus par extrusion de fibre de verre imprégnée de résine époxy ou polyester. Dans un premier mode de réalisation, les extrémités des tirants opposées à celles fixées sur le ou les conducteurs sont fixées sur des cages intérieures à la gaine, formées de barreaux tenus à leurs extrémités par des arceaux ou des disques. En variante les extrémités des tirants sont fixées directement sur des arceaux ou disques en appui sur les tronçons de gaine, deux arceaux voisins étant séparés par des entretoises de façon à maintenir un écartement fixe entre les tronçons de gaine. De préférence, le gaz isolant est choisi parmi l'air comprimé, l'hexafluorure de soufre, l'hydrogène et les fréons. Avantageusement le gaz est mis en mouvement dans la gaine, assurant le refroidissement et le balayage des poussières. Avantageusement, les conducteurs sont constitués par des câbles à un ou plusieurs brins indépendants maintenus ensemble par des colliers. En variante, les conducteurs sont constitués par des barres pleines ou tubulaires. Pour absorber la dilatation thermique, le conducteur porte des fraisages transversaux dans ses parties comprises entre deux positions tendues. Dans un mode particulier de réalisation, la gaine est en matériau conducteur de l'électricité. Dans ce cas, les tronçons de gaine et les manchons sont connectés électriquement de façon à assurer le passage d'un courant de retour éventuel. Dans un mode préféré de réalisation, chaque manchon n'est fixé que sur un des tronçons de gaine adjacents, l'autre pouvant coulisser sous l'effet de la dilatation thermique, cette partie coulissante comportant au moins un joint de protection contre les pollutions extérieurs en plus du joint coulissant d'étanchéité. Avantageusement la liaison comporte une deuxième gaine coaxiale à la première et définissant avec la gaine un volume rempli de gaz en mouvement. Par exemple, le gaz dudit volume est le gaz de retour de la gaine. De loin en loin, la gaine comporte des appendices qui renferment des bobinages reliant un conducteur à la terre, formant ainsi réactance de compensation du courant capacitif ou diviseur de tension. Au moins un tore est disposé autour du conducteur, pour former un transformateur de mesure de courant ou de soutirage d'énergie de faible puissance. L'invention sera bien comprise par la description donnée ei- après de divers modes de réalisation de l'invention, avec référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un morceau de liaison électrique selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un morceau de liaison électrique selon un second mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une liaison selon l'invention munie d'une seconde gaine, - les figures 4 et 5 sont des vues en coupe longitudinale d'une liaison selon l'invention munie d'une réactance de compensation reliée à un conducteur selon deux modes distincts, - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une liaison électrique selon l'invention munie d'un moyen de prélèvement d'énergie. Dans la figure 1, qui représente une vue en coupe longitudinale d'une liaison électrique selon un premier mode de réalisation, les références 1A, 1B, 1C, désignent des éléments ou tronçons d'une gaine cylindrique 1. Les tronçons sont raccordés par des manchons 2A, 2BS ... qui peuvent coulisser sur les tronçons de telle sorte qu'il est possible de déplacer latéralement un tronçon sans déplacer les autres. La gaine renferme au moins un conducteur électrique ; dans l'exemple de la figure, la gaine renferme trois conducteurs, dont deux référencés 3A et 3B sont visibles, disposés parallèlement entre eux et à l'axe de la gaine, selon les arêtes d'un prisme ayant pour base un triangle équilatéral, dont le centre est sur l'axe de la gaine. Les conducteurs sont tenus par des tirants 4 en matériau isolant, fixés chacun par une première extrémité 5 au conducteur et par une seconde extrémité 6 à une cage 7, 8, intérieure à chaque tronçon de gaine, et dont la description sera faite plus loin. A l'extrémité 6 du tirant peut être disposé un système élastique, tel que des rondelles Belleville, de manière à maintenir le tirant en traction en cas de léger déplacement de celui-ci dû aux dilatations thermiques du conducteur. Les cages sur lesquelles sont fixées les extrémités 6 des tirants 4 sont formées de barreaux 7 reliés par des arceaux 8. En variante, non représentée, les arceaux peuvent être remplacés par des disques isolants munis d'orifices pour le passage des conducteurs. A l'intérieur de la gaine, les cages sont en butée les unes sur les autres sur leurs arceaux 8. Selon l'invention, chaque cage comprend au moins un groupe d'au moins trois tirants 4 exerçant une traction vers une extrémité de la cage, et au moins un deuxième groupe d'au moins trois tirants exerçant une traction vers l'autre extrémité, de telle sorte que la portion de conducteur se trouvant entre ces deux groupes de tirants soit en traction. Les parties de conducteur se trouvant entre les portions ainsi tendues se trouvent alors soumises à un effort de traction moindre, nul, ou même sont en compression, mais elles sont choisies suffisamment courtes pour prendre une fleche négligeable et rester sensiblement rectilignes. Le matériau constituant la gaine peut être un métal, acier ou alliage d'aluminium, par exemple. Dans le cas de transport de courant alternatif, si la gaine ne renferme qu'un seul conducteur, elle peut assurer le passage d'un courant de retour, les manchons 2A, 2B, etc...étant alors connectés électriquement aux tronçons 1. Dans le cas de la figure 1, les trois conducteurs transportent chacun une phase d'un courant triphasé ; lorsque les phases sont équilibrées, le champ électrique au niveau de la gaine est pratiquement nul et la gaine n'est l'objet d'aucunes pertes appréciables par courants de Foucault. Le matériau utilisé pour la fabrication des tirants 4 peut être des fibres de verre extrudées imprégnées de résine époxy ou polyester. Les manchons, dans l'exemple de la figure 1, coulissent librement sur les deux tronçons qu'ils chevauchent mais assurent l'étan- chéité au gaz. En variante, les manchons peuvent être rendus solidaires de l'un de ces deux tronçons. Cette variante permet de diviser par deux les zones où une étanchéité doit être assurée entre l'intérieur et l'extérieur de la gaine. Selon une caractéristique importante de l'invention, l'intérieur de la gaine est rempli d'un gaz, bon isolant diélectriquement, et animé d'un mouvement de translation. Un premier effet de ce mouvement est de balayer les poussières et d'empêcher leur alignement dans le champ électrique. Un deuxième effet est de balayer également les gaz ionisés provenant d'un effet corona éventuel. Les risques d'amorçage à l'intérieur de la gaine sont ainsi très réduits. Le gaz peut être choisi parmi les gaz suivants : air comprimé, hexafluorure de soufre, hydrogène, gaz de la famille des fréons. Cette liste n'est pas limitative. Un autre effet de la circulation de gaz est d'évacuer les calories produites par effet Joule dans les conducteurs, et de les transférer, en partie ou en totalité, à la gaine plus froide. De loin en loin, un tronçon de gaine 1 ou un manchon 2 peut comporter une prise de gaz en circulation pour l'amener vers un système de refroidissement et le réinjecter ensuite dans la gaine. Dans le cas où le gaz est de l'hydrogène, le système sert aussi au transport de l'hydrogène sur de grandes distances. Dans la variante de réalisation représentée dans la figure 2, l'extrémité 6 des tirants 4 est fixée aux arceaux 8 qui sont alors directement en appui sur les tronçons 1. Des entretoises 9 sont disposées entre les arceaux 8 pour maintenir l'écartement entre les tronçons. Les modes de réalisation des figures 1 et 2 permettent l'utilisation de conducteurs continus, dont chacun peut être formé, soit de barres ou de tubes assemblés mécaniquement, soit d'éléments soudés de barres ou de tubes, soit par un câble, soit part un groupe de câbles fins, maintenus ensemble de loin en loin par des colliers, chaque câble élémentaire étant suffisamment fin pour être replié avec un rayon permettant de passer dans la gaine une boucle, ce qui permet de dérouler chaque câble élémentaire d'une manière continue lors de l'assemblage. Selon une disposition possible de l'invention, les extrémités 6 des tirants 4 peuvent être placées sur les parties des cages dépassant des tronçons 1, ou sur les entretoises 9, de façon à être ainsi accessibles après effacement des manchons 2A, 2B,...ce qui facilite les opérations de montage et de maintenance. La compensation des différences d'allongement thermiques entre la gaine et le ou les conducteurs se fait, pour du câble, par déformation des parties courtes situées entre les parties longues tendues, et pour un conducteur formé d'un tube ou d'une barre pleine, par des fraisages 30 perpendiculaires à l'axe du conducteur et situés de même dans les zônes courtes précitées (figure 2). La dilatation dé la gaine est absorbée par coulissement des tronçons 1A, 1B,... dans les manchons 2A, 2B, La compensation de la dilatation des -cages peut se faire par compressiondesportionsdecescagessituéesàl'aplombdespartiescourtes de conducteur qui assurent la compensation de dilatation thermique du conducteur. Pour ce faire ces portions de cage seront amincies pour être plus compressible que le reste de la cage.On peut aussi installer, entre deux cages supports de tirants, une cage courte et compressible. Dans le cas d'un système avec arceaux 8 en appui surles tronçons 1 et entretoises 9, la compression de ces dernières compense les dilatations. Il est possible de placer un raccordement de câble, par raboutissage, dans les parties courtes situées entre deux parties tendues. Les pièces d'attache de ce raccord, ainsi que les pièces d'attache des tirants 4 ont des formes arrondies qui minimisent le gradient électrique. La figure 3 représente une vue en section transversale, d'une liaison selon l'invention qui comporte en outre une seconde enveloppe 10 disposée coaxialement à la gaine. Cette seconde enveloppe définit avec la gaine 1 un volume 11 rempli d'un gaz mis en mouvement et qui assure un transfert plus rapide des calories vers l'extérieur (air libre au sol, lorsque la liaison est enterrée). Le gaz peut être de même nature que celui de la gaine, mais il peut aussi être différent. Dans le cas où le gaz de la gaine n'est pas de l'air, il est avantageux que ce gaz circule en circuit fermé. Dans ce cas, le volume 11 peut être avantageusement utilisé comme conduit de retour du gaz, après son traitement à l'extrémité de la ligne ou d'une section de celle-ci. Le volume 11 peut également être utilisé pour véhiculer l'hy- drogène, combustible d'avénir, de son lieu de production à son lieu d'utilisation. Selon l'invention, de loin en loin, certains tronçons 1, ou manchons 2, peuvent comporter un appendice 20 latéral renfermant un bobinage 12 reliant un conducteur 3 à la terre, formant réactance de compensation du courant capacitif, ou bien diviseur de tension. Ce bobinage peut, soit baigner dans le gaz intérieur à la gaine centrale (figure 4), soit avoir un isolant propre et être relié au conducteur 3 par une traversée 13 (figure 5). Certains tronçons de gaine 1 peuvent être remplacés par des tronçons possèdant une partie renflée où les conducteurs 3 peuvent s'épanouir. Selon l'invention il est alors possible de disposer autour du ou des conducteurs 3 des tores 14 de mesure du courant ou bien des tores de soutirage d'énergie de puissance relativement faible (figure 6). Selon l'invention chaque manchon peut comporter un ou plusieurs joints de protection du système d'étanchéité coulissante. REVENDICATIONS 1/ Liaison électrique comprenant une gaine formée de tronçons raccordés par des manchons pouvant coulisser sur ces tronçons de manière à ce que chaque tronçon puisse être déplacé latéralement sans déplacer les autres, au moins un conducteur placé à l'intérieur de la gaine et constitué par un câble, un tube, ou une barre pleine, des tirants en matériau isolant maintenant le conducteur en place, caractérisée par le fait que les tirants (4) sont disposés de telle sorte qu'à l'intérieur d'un tronçon (1B) de gaine au moins un groupe d'au moins trois tirants tire sur le conducteur (3B) en direction de l'extrémité voisine du tronçon de gaine, et qu'au moins un autre groupe d'au moins trois tirants tire dans le sens opposé en direction de l'autre extrémité, de telle sorte que la partie de conducteur entre les deux groupes soit toujours en traction, l'intérieur de la gaine étant rempli d'un gaz isolant en mouvement. 2/ Liaison électrique selon la revendication 1 caractérisée en ce que les tirants (4) sont obtenus par extrusion de fibre de verre imprégnée de résine époxy ou polyester. 3/ Liaison électrique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les extrémités des tirants opposées à celles fixées sur le ou les conducteurs (3A, 3B) sont fixées sur des cages intérieures à la gaine, formées de barreaux (7) tenus à leurs extrémités par des arceaux (8) ou des disques. 4/ Liaison électrique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les extrémités des tirants sont fixées directement sur des arceaux (8) ou disques en appui sur les tronçons de gaine, deux arceaux voisins étant séparés par des entretoises (9) de façon à maintenir un écartement fixe entre les tronçons de gaine. 5/ Liaison électrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le gaz isolant est choisi parmi l'air comprimé, l'hexafluorure de soufre, l'hydrogène et les fréons. 6/ Liaison électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les conducteurs (3A, 3B) sont constitués par des câbles à un ou plusieurs brins indépendants maintenus ensemble par des colliers. 7/ Liaison électrique selon l'une-des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les conducteurs (3A, 3B) sont constitués par des barres pleines ou tubulaires. 8/ Liaison électrique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le conducteur (3A, 3B) porte des fraisages transversaux (30) dans ses parties comprises entre deux positions tendues. 9/ Liaison électrique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la gaine (1) est en matériau conducteur de l'élec- tricoté. 10/ Liaison électrique selon la revendication 9, caractérisée en ce que les tronçons de gaine (1A, 1B) et les manchons (2A, 2B) sont connectés électriquement de façon à assurer le passage d'un courant de retour éventuel. 11/ Liaison électrique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que chaque manchon (2A, 2B) n'est fixé que sur un des tronçons (1A 1B) de gaine adjacents, l'autre pouvant coulisser sous l'effet de la dilatation thermique, cette partie coulissante comportant au moins un joint de protection contre les pollutions extérieures en plus du joint d'étanchéité coulissant. 12/ Liaison électrique selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la liaison comporte une deuxième gaine (10) coaxiale à la première et définissant avec la gaine (1) un volume (11) rempli de gaz en mouvement. 13/ Liaison électrique selon la revendication 12, caractérisée en ce que le gaz dudit volume (11) est le gaz de retour de la gaine (1) ou de l'hydrogène véhiculé de son lieu de production à son lieu d'utilisation. 14/ Liaison électrique selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la gaine (1) comporte des appendices (20) qui renferment des bobinages (12) reliant un conducteur à la terre, formant ainsi réactance de compensation du courant capacitif ou diviseur de tension. 15/ Liaison électrique selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que au moins un tore (14) est disposé autour du conducteur, pour former un transformateur de mesure de courant ou de soutirage d'énergie de faible puissance.