Brevet FR2506501A1 — publié le 19821126

Câble bipolaire souple refroidi à l1 eau. La présente invention concerne le domaine d'électrotechnique, notamment les cables électriques, et plus particulièrement, un câble bipolaire souple refroidi à l'eau. L'invention peut être utilisée dans différentes branches de la technique pour l'acheminement de courants élevés (5 à 50 kA) entre des matériels qui changent de place durant le service, en particulier, dans le soudage électrique, ou pour relier un transformateur d'alimentation à une pince de soudage suspendue. Afin de relier le transformateur à la pince de soudage, on utilise à l'heure actuelle des câbles bipolaires souples refroidis à l'eau dans lesquels les conducteurs directs et de retour passent dans un flexible commun, s'alternent quant à la direction du courant et sont isolés l'un de l'autre à l'aide d'une gaine de forme en caoutchouc (voir "Aide-mémoire de soudage" rédigé par Sokolov S.V., paru en 1961, page 368). Ces câbles sont caractérisés par une basse résistance à l'usure des brins due aux a-coups électrodynamiques. Cet inconvénient est partiellement supprimé dans le câble commercialisé par la firme anglaise "Haddon". Ce câble comporte des conducteurs mis sous manche, refroidis à l'eau et s'alternant suivant le sens de courant : ces conducteurs directs et de retour sont isolés l'un de l'autre par une gaine de forme et présentent une disposition suivant un pas de 300 mm. Dans ce câble, l'affaiblissement des à-coups électrodynamiques et leur équilibrage sont obtenus tant par fragmentation du courant entre trois conducteurs s'alternant que par la diminution de la longueur de l'interaction électrodynamique des brins de 2500 mm jusqu'à 300 mm par disposition des brins avec un pas de 300 mm. Pourtant, l'alternance de trois brins avec le sens de courant opposé et la diminution de la longueur de leur interaction ne suppriment pas totaleinent les à-coups électrodynamiques, parce que dans ce câble, les brins directs et de retour se disposent réciproquement parallèles, alors que les forces électrodynamiques commencent à diminuer à l'intersection des conducteurs à sens direct et de retour du courant. L'amélioration de la caractéristique dynamique du câble par accroissement du nombre de brins rend la construction plus compliquée et la réduction du pas de leur disposition est techniquement impossible par suite de la déformation plastique des brins. Les à-coups électrodynamiques apparaissant dans ce câble connu entrainent une usure prématurée des brins sur toute la longueur du câble, surtout, aux endroits de leur connexion aux cosses. Les forces électrodynamiques radiales près des cosses forment une composante tangentielle qui rompt les brins près des cosses. En plus, l'enveloppe en diélectrique ne peut pas dépasser, compte tenu des conditions de montage et de disposition, l'épaisseur d'un millimètre, ce qui provoque son usure rapide par abrasion, flexions et chauffage. La conséquence est un court-circuitage des brins de polarité différente en tout point en longueur du câble. Par ailleurs, la disposition des brins de polarité directe et opposée assemblés à une enveloppe isolante et à un cordon faisant office de noyau est très compliqué, exige un travail manuel très qualifié parce que la dernière étape de la disposition se fait à la main. En ce cas, il est très difficile d'assurer la disposition normale des brins. Si les brins ne sont pas convenablement disposés, c'est-à-dire si le pas de leur disposition est supérieur à 300 mm, durant les deux premiers jours de travail du câble, les brins de la meme polarité se rapprochent pour former un groupe, ce qui supprime l'alternance des brins de polarités opposées et entraine une augmentation considérable des à-coups électrodynamiques. Le câble commence à "danser" entre les mains de l'ouvrier et tombe en panne à l'issue d'une journée de travail.Lorsqu'il y a une surtorsion, c'est-à-dire le pas de la torsion est inférieur à 300 mm, on observe une brusque diminution du refroidissement des brins sous gaine de forme isolante, parce que les brins se trouvent trop rapprochés et que le jeu pour le passage de l'eau en contact avec la gaine est insuffisant. Le câble est surchauffé et tombe en panne. L'invention vise à fournir un câble bipolaire souple refroidi à l'eau qui assurerait la réduction jus qu a un minimum de la force des à-coups électrodynamiques, tout en préservant de hautes caractéristiques électriques du câble. Selon l'invention, le câble bipolaire souple refroidi à l'eau comporte des brins direct et de retour isolés l'un de l'autre et placés sous une gaine, et il est caractérisé en ce que le brin direct est disposé suivant l'axe du câble et se trouve sous une enveloppe isolante qui forme avec ce brin un jeu pour le passage d'un agent de refroidissement, et en ce que sur cette enveloppe est bobiné, sous un angle de 15 à 820 par rapport à l'axe longitudinal du câble, au moins un brin de retour, le diamètre Do du brin de retour et le diamètre D1 du brin direct étant liés par le rapport suivant : Do = Dl/fn, où n est le nombre de brins de retour. Afin d'élever la résistance à l'usure du câble en évitant la possibilité de frottement des brins de retour l'un contre l'autre, il est avantageux de disposer les brins de retour avec un jeu entre eux égal à envi ron 0,15 fois leur diamètre. La valeur optimale de l'angle a d'enroulement des brins de retour pour un nombre déterminé de ces brins peut etre trouvée compte tenu du rapport 0,18 vn a = arccos K1 K1 où K1 est un coefficient qui caractérise la distance entre les axes des brins direct et de retour et est égal à K1 = 0,83 + 1/2 Vn. Afin de réduire les cotes transversales du câble, il est avantageux de réaliser les brins de retour plats. En ce cas, si le nombre de brins de retour est égal à trois, leur largeur B et l'épaisseur 6 sont choisies en respectant les rapports B = D1 (1,9 cos a - 0,14) d = O, 26D1/B. Le câble bipolaire souple refroidi à l'eau réalisé conformément à l'invention, est caractérisé par une réduction sensible, par rapport aux constructions analogues connues, de la force des à-coups électrodynamiques, par une amélioration du refroidissement des brins directs et de retour, et par une diminution du frottement des brins de retour l'un contre l'autre. Tous ces avantages assurent une haute fiabilité du câble, objet de l'invention. L'invention ressortira de la description des variantes concrètes de son exécution schématisées sur les dessins annexés dont - la figure 1 représente un câble bipolaire souple refroidi à l'eau avec brins de retour à section transversale ronde, coupe longitudinale - la figure 2 représente une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 représente un câble bipolaire souple refroidi à l'eau avec trois brins de retour plats; - la figure 4 représente une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3. Le câble bipolaire souple refroidi à l'eau comporte un brin direct 1 (figure 1, 2) disposé suivant l'axe longitudinal du câble et placé sous une enveloppe isolante 2 avec un jeu 3 nécessaire pour le passage de l'agent de refroidissement, dans le cas considéré, de l'eau. Sur l'enveloppe isolante 2 est enroulé, sous un angle a par rapport à l'axe longitudinal du câble, au moins un brin de retour 4. Compte tenu de l'ôbligation de respecter la condition de l'angle minimal admissible de bobinage, le nombre de brins de retour 4 ne peut pas dépasser 25 (sur les figures 1, 2 est représentée une variante du câble à huit brins de retour 4). Les brins direct 1 et de retour 4 sont, respectivement, placés sous une gaine flexible 5. Afin d'éviter une usure prématurée des brins de retour 4 par frottement l'un contre l'autre, ils se disposent avec un jeu 6 entre eux égal à environ 0,15 fois leur diamètre. En fonction du nombre choisi de brins de retour 4, l'angle a d'enroulement ne peut pas etre, compte tenu des forces électrodynamiques minimales, inférieur à 10 et supérieur à 820. La valeur optimale de l'angle a en fonction du nombre choisi de brins de retour 4 est déterminée par le rapport 0,18 #n Q = arccos K où K1 est un coefficient qui caractérise la distance entre les axes des brins direct et de retour 1, 4 et qui est égal à K1 = 0,83 + 1/2 Vn. Afin de réduire les pertes des puissances active et inductive, et bien qu'il y ait une certaine altération des caractéristiques électrodynamiques du câble par rapport à la variante optimale, les brins de retour 4 sont à enrouler sous un angle a qui ne dépasse pas 300. Le diamètre Do des brins de retour 4 et le diamètre D1 des brins directs 1 sont liés par le rapport Do = Dï/, où n est le nombre de brins de retour. Dans la variante du câble bipolaire souple refroidi à l'eau représenté sur les figures 3, 4, et à la différence de la variante du câble représentée sur les figures 1, 2, des brins de retour 7 sont réalisés plats et ont une section transversale ellipsoidale, le nombre de brins 7 étant égal à trois. La section transversale des brins 7 peut être également rectangulaire. Lorsque les brins 7 sont plats, la construction du câble devient plus simple parce que si l'angle d'enroulement a est faible, on peut se limiter à trois brins de retour 7. Le nombre de brins 7 égal à trois est optimal en ce cas, parce que s'il y a deux (ou moins) brins 7, la rigidité du câble croit sensiblement, et s'il y en a quatre ou plus, il devient plus difficile de fabriquer le câble. La largeur B d'un brin de retour 7 et son épaisseur g, si le nombre de brins 7 est égal à trois, sont choisies en respectant les rapports B = D1 (1, 9 cos a - 0,14) 2 s = O,26D1/B. Durant le service du câble décrit, au passage du courant I par les brins directs et de retour 1, 4, 7, il apparait des à-coups électrodynamiques de force F égale à I l F = 2,5 a cos &alpha; 10-8 kg, n0n1 où nO, n1 sont, respectivement, les nombres de brins directs et de retour t est le pas entre les spires des brins 4 ou 7 a est la distance entre les axes des brins direct et de retour 1, 4, 7 a est l'angle d'enroulement. La valeur de la force F des à-coups électrodynamiques dans le câble, objet de l'invention, est sensiblement inférieure à celle dans les câbles connus d'usage identiques, grâce à la disposition des brins 1 et 4, 7 sous un angle a l'un par rapport à l'autre. La valeur du pas a entre les spires des brins 4 ou 7 est également inférieure. L'étude expérimentale d'un câble fabriqué conformément aux figures 3, 4 et ayant une longueur de 2500 mm, une section des brins direct et de retour 1, 7 égale à 150 mm2, un angle a = 300, à une largeur B du brin plat 7 égal à 27 mm, a démontré qu'en cas de hautes caractéristiques électriques (cos a = 0,992 , Z = 686pu, x = 90pa), le câble a une grande fiabilité et a supporté 25.105 branchements, c'est-à-dire que sa résistance à l'usure est d'un ordre supérieur que du câble connu dont les brins sont disposés avec un pas de 300 mm. REVENDICATIONS 1. Câble bipolaire souple refroidi à l'eau com-- portant des brins direct (1) et de retour (4) isolés l'un de l'autre et placés sous gaine, caractérisé en ce que le brin direct (1) est disposé suivant l'axe du câble et se trouve sous une enveloppe isolante (2) qui forme avec ce brin un jeu (3) pour le passage d'un agent de refroidissement, et en ce que sur l'enveloppe (2) est enroulé, sous un angle de 15 à 820 par rapport à l'axe longitudinal du câble, au moins un brin de retour (4, 7), le diamètre Do du brin de retour (4, 7) et le diamètre D1 du brin direct (1) étant liés par le rapport suivant Do = D1/Çn, où n est le nombre de brins de retour. 2. Câble bipolaire souple refroidi à l'eau, conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les brins de retour (4, 7) sont disposés avec un jeu entre eux égal à environ 0,15 fois leur diamètre. 3. Câble bipolaire souple refroidi à l'eau, conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'angle d'enroulement a est choisi en partant du rapport 0,18 \rn a = arccos K1 où K1 est un coefficient qui caractérise la distance entre les axes des brins direct et de retour et est égal à K1 = 0,83 + 1/2 \Kn 4. Câble bipolaire souple refroidi à l'eau, conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les brins de retour (7) sont réalisés plats. 5. Câble bipolaire souple refroidi à l'eau, conforme à la revendication 4 et dans lequel le nombre de brins de retour (7) est égal à 3, caractérisé en ce que la largeur B des brins de retour (7) et leur épaisseur 6 sont choisies compte tenu des rapports B = D1(l,9 cos a - 0,14); 2 # = 0,26D1/B.