Brevet FR2523757A1 — publié le 19830923

La présente invention est relative à un câble pour le transport de l'électricité à haute tension. Elle concerne plus particulièrement un câble du type coma- portant au moins un conducteur placé à l'intérieur d'un tube né- tallique de blindage, étanche, délimitant autour du conducteur un volume empli d'un fluide inerte, sec. Dans un mode de réalisation d'un tel câble pour haute ten- sion connu par exemple du brevet français no 1 178 121, le conduc- teur ou chaque conducteur coaporte lui-mêne une âme conductrice, un premier écran semi-conducteur continu disposé sur l'âme et avan- tageusement obtenu par extrusion directe sur celle-ci d'un matériau polymère rendu conducteur de l'électricité par incorporation de charges telles que du graphite, une enveloppe isolante massive, continue, en matériau polymère, enveloppant le premier écran semi-conducteur, sur lequel cette enveloppe est avantageusement extrudée directement, et un deuxième écran semi-conducteur continu disposé sur l'enveloppe iso- lante, et avantageusement obtenu également par extrusion directe sur cette enveloppe d'un matériau polymère rendu conducteur de l'élec- tricité par des charges appropriées. Traditionnellement, camme c'est par exemple le cas dans le brevet français précité, un tel type d'isolation est associé, lors- que la tension véhiculée est élevée, par exemple supérieure à 20 kilovolts, à un remplissage du volume intermédiaire entre le conduc- teur ou les conducteurs et le tube métallique de blindage en gaz à une pression très nettement supérieure à la pression atmosphérique, et par exemple de l'ordre de 15 10 Pascals, jusqu'à présent con- sidérée conme indispensable à la conservation des propriétés dié- lectriques de l'isolant. Dans l'art antérieur, une réduction de cette pression n'est considérée comre admissible que si la tension du circuit électrique dont le câble fait partie est suffisamment faible pour le permettre, carne le souligne par exemple le brevet américain no 3 160 702 qui évoque la possibilité d'utiliser dans ces conditions de l'air à la pression atmnosphérique. Or, un remplissage en gaz à pression nettement supérieure à la pression atmosphérique constitue un danger de fuites ou mme d'explosion en cas d'endommagement du tube extérieur, et impose à la fabrication un matériel spécifique important et des précautions contraignantes. L'un des buts de la présente invention est par conséquent de s'affranchir de cette obligation de remplissage en gaz haute pression méme lorsque la tension véhiculée est importante, et par exemple de l'ordre de plusieurs dizaines de kilovolts, en dépit de cette apparente obligation d'avoir recours dans ce cas à de hautes pressions. Ainsi, de façon tout-à-fait inattendue, la présente in- vention propose de remplir au moyen d'un fluide inerte, sec, à une pression voisine de la pression atmosphérique et plus précisément égale à oelle-ci ou légèrement supérieure,un volume existant entre d'une part un tube métallique de blindage étanche, et, d'autre part, au moins un conducteur du type camportant une âme conductrice de l'électricité, un premier écran semi-conducteur continu sur l'âne, une enveloppe isolante massive, continue, en matériau polymère,enveloppant le premier écran semiconducteur, et un deuxième écran semi-conducteur continu sur l'enveloppe isolante. De façon tout-à-fait inattendue, les essais pratiqués ont permis de démontrer qu'en dépit de la pression de fluide de remplis- sage beaucoup plus basse que le pression généralement associée à des câbles de ce type lorsqu'on les utilise pour le transport d'élec- tricité à haute tension, un câble ainsi réalisé conforméèent à l'in- vention conserve une excellente tenue diélectrique. Naturellement, avec le remplissage du volume préservé entre le conducteur ou les conducteurs et le tube métallique de blindage au moyen d'un fluide sous basse pression, conformément à l'invention, disparaissent les risques d'explosion; les risques de fuites sont eux-mûmes considérablement plus réduits, et il est possible d'uti- liser un tube métallique de blindage à paroi moins épaisse puisque son rôle mécanique est réduit. Naturellement, le tube métallique de blindage, qui constitue la gaine du câble, doit en assurer les différentes fonctions, à savoir d'une part l'évacuation des courants capacitifs et des courts-circuits éventuels, et d'autre part l'étanchéité vis-à-vis d'une pénétration d'humidité vers les conducteurs. On choisira par exemple un tube en acier protégé contre la corrosion par un revêtement extérieur soit synthétique, soit bitumineux associé à une protection cathodique, cet exemple étant indiqué à titre non limitatif. Afin d'éviter l'endammagement par l'eau des conducteurs isolés en cas de perforation accidentelle du tube métallique de blindage,il pourra être prévu une étanchéité accrue à la périphérie de chaque conducteur, obtenue avantageusement par le choix, pour la réalisation du deuxième écran semiconducteur, enveloppant l'enveloppe isolante, d'un matériau polymère étanche, ou, le cas échéant, par un revêterent de ce deuxièm écrah semiconducteur au moyen d'un matériau polymère également semi-conducteur présentant une telle étanchéité et qui peut avantageusement être utilisé come couche d'usure, destinée à faciliter le glissement du conducteur, le cas échéant en s'usant sans que les propriétés du deuxièrme écran semiconducteur en souffrent, lorsqu'on introduit par tirage le conducteur dans le tube. On notera que, selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, cette couche d'usure peut avantageusement être constituée par le deuxième écran semi-conducteur lui-même, muni extérieurement de reliefs destinés à s'user au tirage du câble sans que les autres caractéristiques de cet écran en souffrent, et notamment son éventuelle étanchéité et son aptitude à la transmission des courants capacitifs au tube métallique de blindage. On conçoit qu'un tel mode de réalisation préféré de l'in- vention penlette d'alléger considérablemrnent les conducteurs isolés, sans que leurs propriétés électriques, et notamment leur aptitude au trans- port d'électricité à haute tension en souffre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res- sortiront de la description ci-dessous, relative à des nmodes de mise en oeuvre non limitatifs, ainsi que des dessins annexes qui font partie intégrante de cette description. La figure 1 montre une vue en coupe transversale d'un câble de liaison triphasée, réalisé conformnent à l'invention. Les figures 2 à 4 montrent, respectivement, des vues en coupe transversale de câbles de liaison triphasée réalisés con- forménent à l'invention, selon trois autres variantes. La figure 5 montre une vue schématique, en élévation laté- rale, d'un câble selon l'une quelconque de ces variantes associé à des dispositifs auxiliaires de mise en circulation et de réfrigé- ration du fluide de remplissage. On se réferera en premier lieu à la figure 1, o l'on a illustré un câble comportant trois conducteurs, respectivement 1, 2, 3, dont chacun comporte notamment une âme conductrice, respective- ment 4, 5,6, destinée à véhiculer l'une des phases d'un courant triphasé; ces trois conducteurs 1, 2, 3 soit logés à l'intérieur d'un tube métallique de blindage camun 7. On notera que le nombre de conducteurs ainsi logés à 1 'in- térieur d'un tube métallique de blindage crrnun pourrait être diffé- rent de trois sansque l'on sorte pour autant du cadre de l'invention; un conducteur unique pourrait être logé à l'intérieur d'un tube mi- tallique de blindage de la mêne façon que les trois conducteurs 1, 2, 3 à l'intérieur du tube 7, notamnent. De façon connue en soi, chacun des conducteurs 1, 2, 3 comporte, outre son âne conductrice respective 4, 5, 6, par exemple en cuivre ou en aluminium, un premier écran semi-conducteur continu, respectivement 8, 9, 10, en contact intime avec cette âme et de pré- férence réalisé par extrusion d'un matériau polymère thermoplasti- que directement sur celle-ci, une enveloppe isolante massive, continue, respectivenent 11, 12, 13, en contact avec le premier écran semi- conducteur auquel elle adhère fortement et obtenue par extrusion sur celui-ci d'un matériau polymère thermoplastique isolant, et un deu- xiènme écran semi-conducteur continu, respectivement 14, 15, 16, en contact avec l'enveloppe isolante et de préférence réalisé par extrusion d'un matériau polymère thermoplastique sur celle-ci, à laquelle il adhère fortement. Avantageusement, le matériau constitutif de l'enveloppe iso- lante,respectivement 11, 12, 13, est choisi parmi les plastomères, tels que le polyéthylène basse densité, ou haute densité, ou les élastomères, tels que le P R C, 1 ' E P R, et l'ex- trusion est effectuée dans des conditions connues de l'Ho Ene du métier, telles que la formation de vacuoles l'enveloppe soit évitée. Ces matériaux peuvent également être utilisés pour la réalisation de l'un au moins des écrans semi-conducteurs respecti- verent 8, 9, 10 et 14, 15, 16 par extrusion, auquel cas ces maté- riaux sont chargés de particules conductrices de l'électricité telles que des particules de graphite, de façon connue en soi. On remarquera que la qualification conventionnelle "semi- conducteur" affectée aux écrans tels que 8, 9, 10, 14, 15, 16 est inpropre, ces écrans étant en réalité conducteurs de l'électricité dans un câble selon l'invention cormne dans les câbles de l'Art antérieur. On peut utiliser également pour la réalisation des écrans 8, 9, 10 et 14, 15, 16 des matériaux polymères conducteurs ou des matériaux synthétiques à haute permittivité qui peuvent être extrudés comme les matériaux précé- demment cités. En outre, dans l'exemple illustré à la figure 1, chacun des conducteurs comporte sur le deuxième écran semi-conducteur, respec- tivement 14, 15, 16, un revêtement de protection mécanique et de glissement, respectivement 17, 18, 19, destiné à protéger chaque conducteur individuel notamment lors de l'introduction dans le tube 7, par tirage, en s'usant alors sans que le deuxirne écran semi- conducteur 14, 15, 16 soit atteint. Avantageusement, ce revêtement est réalisé par extrusion directe d'un matériau polymère thermoplastique, choisi de telle sorte qu'il n'entrave pas la transmission des courants capacitifs du deuxième écran semiconducteur respectivement 14, 15, 16 au tube 7, et présente une étanchéité vis-à-vis de l'humidité. Dans l'exemple illustré à la figure 1, oe revêtement pré- sente la forme d'une gaine continue enveloppant totalement le deu- xième écran semi-conducteur,respectivement 14, 15, 16, avec une périphérie extérieure,respectivement 22, 23, 24, circulaire lors- qu'elle est vue en coupe transversale cormme c'est le cas à la figure 1. Les dimensions intérieures du tube 7 sont choisies en fonc- tion des dimensions du conducteur ou des conducteurs tels que 1, 2, 3, si l'on se plaoe dans un plan de coupe transversale Comme celui de la figure 1, de telle sorte qu'il subsiste entre le conducteur ou les conducteurs tels que 1, 2, 3 et le tube métallique 7 un vo- lume 20 qui, conformnent à l'invention, est rempli de fluide inerte, sec, tel que de l'air sec ou un fluide neutre (tel que l'azote ou le S F 6) à une pression basse, c'est-à-dire voisine de la pression atmosphérique et notamment égale à cette pression ou faiblement su- périeure a celle-ci. Avantageusemlent, en fonction des conditions d'utilisation du céble, il peut être prévu une mise en circulation de ce fluide, pour assurer le lissage thermique, et/ou un refroidissement forcé. Ainsi, on a illustré à la figure 5 un câble selon l'in- vention 25 dont le tube extérieur 7, fermé de façon étanche à ses extrémités 26 et 27 d'o sortent les trois conducteurs 1, 2, 3, est muni d'une canalisation extérieure 28 branchée en parallèle et débouchant dans le volume 20, à l'intérieur du tube 7, respective- ment à proximité de l'une et l'autre des extrémités 26, 27 de celui- ci; dans oette canalisation sont intercalés une poupe de circulation 29 du fluide et un échangeur de chaleur 30 en vue de la réfrigéra- tion de oe fluide, ainsi que tout moyen connu de l'Homme du métier, et non représenté, pour contrôler et commander la pression du fluide. Avantageusement, dans l'exemple illustré à la figure 1 o chacun des conducteurs 1, 2, 3 présente une section transversale extérieure circulaire et o le tube 7 présente intérieurement, en coupe par un plan transversal, une forme également circulaire, le rapport du diamètre intérieur du tube au diamètre extérieur de cha- cun des trois conducteurs 1, 2, 3 est de l'ordre de 2,5, ce qui correspond à un rapport entre les sections de l'ordre de 6, 25; bien que préférés, ces chiffres sont donnés à titre d'exemple non limitatif. Comme il a été dit plus haut, le tube 7 est avantageuse- ment réalisé en acier, revêtu extérieurement d'une couche 21 d'un matériau par exemple synthétique ou bitumineux le protégeant de la corrosion; à cet effet, il peut également être prévu une protection cathodique, de façon connue en soi. D'autres types de traitement du tube 7 à l'encontre de la corrosion pourraient naturellement-être choisis sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention; de façon générale, l'invention peut faire l'objet de modes de réalisation différents de celui qui a été décrit en référence à la figure 1, sans que l'on sorte pour autant de son esprit. Ainsi, la figure 2 montre une variante de réalisation du câble de la figure 1. Dans cette variante, on retrouve l'ensemble des élément du câble illustré à la figure 1, et on les a affectés des mémes réfé- rences incrémentées de 100. La seule différence entre cette variante et le mode de réalisation de la figure 1 réside en ce que la périphérie extérieure, respectivement 122, 123, 124,des conducteurs 101, 102, 103 présente des protubérances, respectivement 131, 132, 133,au lieu d'être lisse coame c'est le cas de la périphérie extérieure, respectivement 22, 23, 24,des conducteurs, respectivement, 1, 2, 3,du mode de réalisation du câble illustré à la figure 1. Les protubérances 131, 132, 133 forment avantageusement partie intégrante du revêtement extérieur, respectivement 117, 118, 119,de protection mécanique et de glissement disposé sur le deu- xième écran semi-conducteur, respectivement 114, 115, 116, et, lors- que ce revêtement est réalisé par extrusion directe sur le deuxième écran semi-conducteur, sont avantageusement réalisées lors de oette extrusion sous forme de baguettes rectilignes ou hélicoidales pré- sentant, lorsqu'elles sont vues en section transversale coime c'est le cas à la figure 2, une forme approximativement hémicirculaire (cas illustré), ou une forme polyèdrique (non représenté). Ces protubérances, respectivement 131, 132, 133, forment par rapport à la périphérie extérieure correspondante, respective- ment 122, 123, 124, par ailleurs circulaire dans sa section trans- versale comme le montre la figure 2, une saillie qui, lors de la fabrication d'un conducteur, est telle que, lors du tirage de ce con- ducteur à l'intérieur du tube 7, au contact de la paroi de celui-ci et des éventuels conducteurs de conception analogue déjà en plaoe, elle soit seule ou à peu près seule à assurer le contact mutuel et par conséquent à s'user; cette saillie peut aller jusqu'à en- viron 5 % du diamètre de la périphérie par ailleurs circulaire du conducteur considéré, ce chiffre étant naturellement donné à titre d'exemple non limitatif. La figure 3 illustre une autre variante du câble selon l'in- vention, variante dans laquelle on retrouve les éléments du câ- ble illustré la figure 1, affectés des mêmes indices incrémentés de 200, à l'exception toutefois du revêtement extérieur de protection mécanique et de glissement dont l'absence constitue la différence essentielle entre les câbles des figures 3 et 1. Dans le cas de la figure 3, c'est le deuxième écran semi- conducteur, respectivement 214, 215, 216, qui définit la périphérie extérieure, respectivement 222, 223, 224 de chaque conducteur, res- pectivement 201, 202, 203 et s'use lors du tirage des conducteurs dans le tube 7; avantageusement, le deuxinème écran semi-conducteur est, dans cette variante, réalisé avec une épaisseur supérieure à l'épaisseur qu'il présente dans le cas de la figure 1, de telle sorte que l'usure qu'il subit lors du tirage des conducteurs à l'intérieur du tube 207 ne ramène pas son épaisseur à une valeur incompatible avec le rôle qu'il doit assurer dans la transmission des courants capacitifs au tube 207 et le rôle qu'il présente avantageusement dans la protection de l'enveloppe isolante, respecti- vement 211, 212, 213,à l'encontre d'une pénétration d'humidité en cas d'avarie du tube 207. Dans le cas de la variante illustrée à la figure 3, la péri- phérie respective 222, 223, 224 des différents conducteurs 201, 202, 203, respectivement,présente une section transversale circulaire. Dans le cas de la figure 4, qui illustre une variante de réalisation du câble illustré à la figure 3, variante dans laquelle on retrouve tous les éléments du câble de la figure 3 affectés des mêmes références incrémentées de 100, la périphérie extérieure cir- culaire, respectivement 322, 323, 324,des différents conducteurs, respectivement 301, 302, 303, définie par le deuxième écran semi- conducteur lui-mème, respectivement 314, 315, 316, présente des pro- tubéranoes, respectivement 331, 332, 333,en tous points comparables aux protubérances 131, 132, 133 décrites en référence à la figure 2, si oe n'est qu'elles sont avantageusement réalisées en une seule pilce avec le deuxième écran semi-conducteur, respectivement 314, 315, 316, par extrusion. Naturellement, dans chacune de ces variantes, le volume, respectivement 120, 220, 320,subsistant entre le tube, respective- ment 107, 207, 307,et les conducteurs, respectivement 101 à 103, 201 à 203, 301 à 303 est empli d'un fluide inerte, sec, sous basse pression au sens défini plus haut, c'est-à-dire à une pression voisine de la pression atmosphérique,et les dispositions qui ont été décrites en référence à la figure 5 peuvent être adoptées dans chacune de oes variantes. t De nmême, les matériaux décrits plus haut pour les différents constituants du câble illustré à la figure 1 peuvent être également utilisés pour oeux des figures 2 à 4. Coepte tenu de leurs caractéristiques, les câbles réalisés conformnment à l'invention sont plus particulièrement destinés au transport de l'électricité sous moyenne tension, haute tension ou très haute tension, bien que leur utilisation pour des basses ten- sions ne doive pas être exclue notamment dans des conditions d'u- tilisation difficiles. REVEDICATIONS 1 Câble pour le transport de l'électricité à haute ten- sion, comportant au moins un conducteur comportant lui-mmoe une âme conductrice de l'électricité, un premier écran semi-conducteur continu sur l'âme, une enveloppe isolante massive, continue, en matériau polymère enveloppant le premier écran semi-conducteur, et un deu- xième écran semiconducteur continu sur l'enveloppe isolante, le câble comportant en outre un tube métallique de blindage autour du con- ducteur, ce tube métallique étant étanche et délimitant autour du conducteur un volume enpli d'un fluide inerte, sec, caractérisé en ce que la pression du fluide est voisine de la pression atn Dsphérique. 2 Ciâble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte à l'intérieur du tube métallique de blindage ( 7, 107, 207, 307) une pluralité desdits conducteurs ( 1, 2, 3; 101, 102, 103; 201, 202, 203; 301, 302, 303), et en ce qu'il présente entre les conducteurs ( 1, 2, 3; 101 i 102, 103; 201, 202, 203; 301, 302, 303) et le tube métallique de blindage ( 7; 107; 207; 307) ledit volume ( 20; 120; 220; 320) et, à l'intérieur de ce volume ( 20; ; 220; 320), ledit fluide inerte, sec, sous basse pression. 3 Câble selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conducteurs ( 1, 2, 3; 101, 102, 103; 201, 202, 203; 301, 302, 303) sont au nombre de trois, dont chacun est destiné à véhiculer l'une des phases d'un courant triphasé. 4 Câble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport de la section transversale intérieure du tube ( 7; 107, 207; 307) à la section transversale extérieure de chacun des trois conducteurs ( 1, 2, 3; 101, 102, 103; 201, 202, 203; 301, 302, 303) est de l'ordre de 6,25. Câble selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le premier écran semi-conducteur ( 8, 9, 10; 108, 109, 110; 208, 209, 210; 308, 309, 310) est en matériau poly- mère conducteur de l'électricité ou en matériau synthétique à haute permittivité. 6 Câable selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier écran semi-conducteur ( 8, 9, 10; 108, 109, 110; 208, 209, 210; 308, 309, 310) est en matériau po- lymere renfermant des charges conductrioes de l'électricité. 7 Câble selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le deuxième écran semi-conducteur ( 14, 15, 16; 114, 115, 116; 214, 215, 216; 314, 315, 316) est en maté- riau polymère conducteur de l'électricité. 8 Câable selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en oe que le deuxième écran semi-conducteur ( 14, 15, 16; 114, 115, 116; 214, 215, 216; 314, 315, 316) est en matériau po- lymère renfermant des charges conductrices de l'électricité. 9 Câble selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en oe que le deuxième écran semi-conducteur ( 14, , 16; 114, 115, 116; 214, 215, 216; 314, 315, 316) est étanche à l'humidité. 10 Câble selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en oe que respectivement le ou chaque conducteur ( 1, 2, 3; 101, 102, 103; 201, 202, 203; 301, 302, 303) comporte un revêtement extérieur ( 17, 18, 19; 117, 118, 119; 217, 218, 219; 317, 318, 319) de protection mécanique et de glissement. 11 Câble selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit revêtement extérieur ( 17, 18, 19; 117, 118, 119; 214, 215, 216; 314, 315, 316) est étanche à l'humidité. 12 Câble selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que ledit revêtement extérieur est constitué par le deuxième écran semi-conducteur ( 214, 215, 216; 314, 315, 316). 13 Câble selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que ledit revêtement extérieur ( 17, 18, 19; 117, 118, 119) est rapporté sur le deuxième écran semi-conducteur ( 14, 15, 16; 114, 115, 116). 14 Câble selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le revêtement extérieur ( 117, 118, 119; 314, 315, 316) présente des reliefs extérieurs ( 131, 132, 133; 331, 332, 333) d'usure au tirage du conducteur ( 101, 102, 103; 301, 302, 303) dans le tube ( 107; 307). Câble selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que ladite enveloppe isolante ( 11, 12, 13; 111, 112, 113; 211, 212, 213; 311, 312, 313)est en matériau choisi parmi les plastomres (et notamment le polyethylene basse densité ou haute densité) etles élastomères (et notamment le P.R C ou 1 E P R). 16 Câble selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que ledit fluide inerte, sec est choisi parmi l'air sec, l'azote, le S F 6. 17 Câble selon l'une queloonque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il cqonporte des moyens ( 28, 29) pour provoquer une circulation dudit fluide à l'intérieur dudit volume ( 20; 120; 220; 320). 18 Câble selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 30) de refroi- dissement forcé du fluide.