Brevet FR2591792A1 — publié le 19870619

CABLE AERIEN ELECTRIQUE AVEC GUIDES SONDES LUMINEUSES RESISTANT AUX COURANTS DE FUITES ET PROCEDE POUR SA FABRICATION La présente invention concerne un câble aérien électrique, comportant une Sme contenant des guides d'ondes lumineuses, une gaine, entourant pâme, en un matériau thermoplastique ou élastomère, ainsi qu'unie armature au-dessous ou audessus de cette gaine, et notamment une gaine exempte de métal. Dans le domaine de l'ali- mentation en énergie par des réseaux aériens à haute tension,(ETZ Nd 106 (1985) Heft 4, S.154 ff) des câbles aériens sont déjà prévus avec guides d'ondes lumineuses pour la transmission d'informations; là, dans le cas de ce que lton désigne comme étant des cibles aériens à longue portée, des portées allant jusqu'à 435 m pouvaient être pontées. Les problèmes qui se présentent avec de tels cibles aériens peuvent être de type mécanique, notamment des difficultés dues aux vibrations ou aux charges, qui, selon le cas, pouvaient être au moins amoindries grâce à des armatures appropriées de type métallique ou non-métallique, c'est-à-dire sans métal. On connait cependant aussi déjà des problèmes de type électrique, qui résultent de la gaine isolante. Dans le champ électrique des conducteurs de phases d'une ligne aérienne à haute tension, la gaine, en particulier, est chargée à sa surface; en raison de la haute résistance superficielle allant jusqu'à 1012 /cm, la charge induite ne peut alors pas se décharger. Différentes salissures et de l'humidité sur la surface d'une gaine ont pour conséquence que même à l'intérieur de la portée d'une ligne aérienne à haute tension, des différences de potentiel se produisent sur le câble aérien exempt de métal, qui entrainent des décharges de courants de fuite. A cela s'ajoute que la surface de la gaine est mise forcément à un potentiel nul à chaque pylone en raison de la suspension métallique, qui est reliée au pylone selon une liaison électriquement conductrice. Cela entraine dans la zone de la transition gaine/suspension, comme on le sait, de fortes différences de tension, qui sont toujours comblées à nouveau par des décharges préjudiciables au câble aérien. Partant de cet état de la technique, l'invention a pour but d'accroitre la sûreté de fonctionnement des câbles du type indiqué en premier lieu et installés dans la zone de lignes aériennes à haute tension. L'invention concerne à cet effet un câble aérien électrique qui est caractérisé en ce que le matériau, thermoplastique ou élastomere, de la gaine, après greffage de composés de silane, est réticulé sous l'action de l'humidité, et contient des additifs assurant la résistance aux courants de fuite de ce matériau, tels que oxydes de métal, carbures et autres ayant une action analogue, individuellement ou en combinaison. L'avantage particulier d'un câble aérien ainsi constitué consiste en ce que les additifs sont intégrés, en étant répartis uniformément sur toute la longueur du câble et la section transversale de la gaine, dans une matrice de polymère également réticulée uniformément. Cela conduit à un câble présentant une grande sûreté de fonctionnement pour les buts recherchés, étant donné que même dans le cas où s'exercent les influences, se produisant simultanément dans le champ électrique, de salissures et dshumidité, il n'yXa pas à craindre d'endommagement, voire même de destruction, sous l'effet de courants de fuite, du câble également exempt de métal. La résistance aux courants de fuite de la gaine (enveloppe) du câble sur toute la longueur présente en outre l'avantage d'un montage plus simple, par rapport à des réalisations dans lesquelles on cherche à protéger contre des courants de fuite des câbles connus uniquement aux endroits de suspension aux pylones, mais aussi deune plus grande sûreté de fonctionnement en raison de l'indépendance très poussée, obtenue gracie à l'invention, de la qualité des travaux de montage. Il s'est révélé avantageux, selon un mode de réalisation de l'inventioll, de cons- tituer les additifs par une combinaison d'hydrate d'alumine et d' oxyde de fer, de préférence en une proportion de 30 à 80 parties d'hydrate d'alumine et 3 à 7 parties d'oxyde de fer sur 100 parties de polymère. Les gaines prêtes à l'utilisation présentent la résistance demandée aux courants de fuite; la fabrication des gaines, leur extrusion ainsi que la réticulation qui suit s'effectuent sans problème. Au lieu des additifs mentionnés, l'on peut également utiliser d'autres matériaux améliorant la résistance aux courants de fuite. Comme matériaux se sont révélés avantageux sous ce rapport, par exemple, 11 oxyde de titane ou l'oxyde de zinc. Selon un mode de réalisation de 11 invention, il est également avantageux d'utiliser comme matériau pour la gaine un polyéthylène linéaire (LLDPE) présentant une densité de 0,88 à 0,95 g/cm3 ou l'un de ses copolymères, seul ou en coupage avec d'autres polymères. Au titre de ce polyéthylène linéaire on désigne un produit de polymérisation du polyéthylène qui réunit les propriétés caractéristiques du polyéthylène basse pression linéaire (HDPE)avec celles du polyéthylène haute pression fortement ramifié (LDPE). La structure de ce matériau, qui est fabriqué d'après différents procédés avec des pressions comparativement basses, ne contient de méme que le HDPE que des ramifications en de très courtes chaines. La chaine principale du polymere est ainsi, comme dans le cas du HDPE, déterminante pour quelques propriétés essentielles de la macromolécule. De ce fait, les zones de fusion du LLDPE se situent, autour de 120-1250C, au voisinage de la zone de fus-ion du HDPE. Se différenciant du HDPE et ainsi se rapprochant du LDPE, le nombre des ramifications est sensiblement plus élevé. Il en résulte que la densité et la cristallinité sont sensiblement diminuées. La désignation LLPDE réunit les propriété apparaissant traditionnellement contradictoires, à savoir structure moléculaire linéiare et basse densité ("low density"). Des gaines fabriquées en un tel matériau se distinguent par exemple par un accroissement de la résistance à l'abrasion, de la stabilité au thermoformage, ainsi que de la stabilité au froid. A cela s'ajoute que lors de la fabrication d'un câble selon l'invention, i son peut compter sur de plus faibles quantités de silane et de peroxyde, en vue de la réticulation, que ce n'est le cas usuellement; après greffage des composés de silane sur les molécules de base du polyéthylène linéaire, l'opération de réticulation en présence d'humidité se déroule en étant accélérée. Dans le cas d'une humidité de l'air suffisamment élevée, on peut meme se passer de l'utilisation de vapeur saturée ou d'insertion d'eau La fabrication d'un câble selon l'invention peut par conséquent aussi être réalisée plus économiquement. Pour fabriquer un câble aérien selon l'invention, on procède avantageusement de la façon suivante: on mélange d'abord le matériau de base avec les constituants du silane et ensuite on greffe le silane sur le polymère de base, dans le matériau de base ainsi préparé on incorpore les additifs et on les répartit de façon homogène; et enfin on forme la gaine et on l'expose à l'humidité en vue de la réticulation. L'invention repose sur la connaissance du fait que le polymère de base doit d'abord être rendu apte à la réticulation, afin d'assureur la réticulation uniforme ultérieure même de sections transversales différentes, avant que dans ce matériau déjà pré-programmé pour le processus de réticulation, on mélange les additifs essentiels pour améliorer la résistance aux courants de fuite. On peut obtenir encore d'autres améliorations de qualité du produit final pendant le déroulement de la fabrication, en mélangeant les additifs, dans le matériau de base ayant reçu le greffage de silanes, à des températures comprises entre 1000 et 1400C. Il y a également avantage à ce que le catalyseur de réticulation, utilisé pour la réticulation sous l'action de l'humidité, ne soit incorporé par mélange que juste avant le formage de la gaine réticulable. On évite de cette manière des pré-réticulations, après adjonction des oxydes de métal, hydrates et autres additifs analogues. L'invention sera mieux comprise à laide de l'exemple de mélange indiqué ci-après ainsi que de la description de l'exemple de réalisa tion représenté sur les dessins annexés, dans lesquels, - la figure 1 montre de façon schématique, en vue en coupe transversale, la constitution d'un câble aérien selon l'invention; - la figure 2 montre schématiquement un montage d'un tel cible aérien. Exemple de mélange - Copolymère de polyéthylène 100 parties (proportion de copolymère environ 20fui) - Trimétoxysilane de vinyle 1,7 parties - Peroxyde (par exemple peroxyde de dicumyle) 0,006 parties - Copolymère de polyéthylène (proportion de copolymère environ 3X ) 20 parties - Hydrate d'alumine ("martinal" OL104C) (de la Fabrique Martinswerke) 42 parties - Oxyde de fer (fie304) 5 parties - Stablisateur (AnosHB) 0,5 parties - Copolymère de polyéthylène (proportion de copolymère environ 15%) 100 parties - Catalyseur (naftovine S) 0,85 parties Les constituants de polyéthylène dans l'exemple de mélange ci-dessus peuvent aussi être remplacés par exemple par un caoutchouc d'éthyiene-propyIène ou le LLDPE mentionné plus haut. Pour fabriquer une gaine résistante aux courants de fuite pour câble aérien, l'on procède par exemple comme suit: tout d'abord, correspondant à A, le matériau à base de polymère est introduit dans ce qu'on appelle une "extrudeuse pour greffage" - - dans sa trémie d'entrée - conjointement avec le silane et le peroxyde qui y est dissous, et l'on greffe le silane sur le copolymère de polyéthylène, en le rendant donc réticulable. Le matériau à base de polyéthylène ainsi traité est extrudé et granulé. Parallèlement à cela l'on fabrique selon B un mélange très concentré ("batch") contenant en additifs pour améliorer la résistance aux courants de fuite de l'hydrate d'alumine et de l'oxyde de fer. Pour mélanger les divers constituants, on utilise avantageusement un pétrisseur approprié. On fabriquer aussi avantageusement sur un pétrisseur un "batch" correspondant à C, contenant le catalyseur de réticulation, (pétrisseur en "batch" stentexld: pétrisseur en discontinu). Après granulation du mélange de base (A) réticulable, celui-ci est mélangé conjointement avec le mélange très concentré (B) par exemple dans un pétrisseur approprié ou un mélangeur correspondant, et le mélange est amené ensuite à la trémie d'entrée d'une extrudeuse en vue de la fabrication continue de la gaine conforme à ltinvention Le mélange correspondant à C est également introduit au plus t8t dans l'extrudeuse de formage; pendant la phase de mélange et homogénéisation dans l'extrudeuse, le catalyseur de réticulation est réparti de façon suffisamment homogène. La figure 1 montre un câble aérien exempt de métal, avec guides tondes lumineuses (LwL), constitué selon l'invention, tandis que sur la figure 2 est représenté son montage en fonction dtune ligne aérienne à haute tension sur une longue distance. Tout autour de ltâme isolante 1 sont ciblés les conducteurs creux 2, dans lesquels passent les guides tondes lumineuses 3. Cet assemblage câblé est entouré par la gaine (enveloppe) isolante 4, qui,conformément à ltinvention,est constituée par un matériau à base de polymère résistant aux courants de fluide, réticulé sous l'action de l.humidité, après greffage de silanes. Une armature 5, consistant, par exemple en fils de matière synthétique à haute rigidité, notamment à base de homo ou co-polyamides aromatiques, sert à absorber les forces de traction. En variante à cet exemple de réalisation, de tels câbles aériens peuvent également comporter une armature métallique, ou bien dans ltame du câble, au-dessous de la gaine, peuvent être disposés des cordons conducteurs métalliques de transmission d informations. La figure 2 montre de façon schématique le montage tel que pratiqué aujourd'hui d'un câble aérien avec guides d'ondes lumineuses dans le domaine de l'alimentation en énergie. Entre les pylones 6 et 7 situés à un éloignement de 400 m par exemple sont tendus le câble de terre 8 ainsi que les trois câbles conducteurs de phases 9. A une distance de 6 m par exemple des conducteurs de phases 9 se trouve un câble aérien 11 constitué comme indiqué sur la figure 1; ce câble aérien est fixé aux pylones 6 et 7 par l'intermédiaire de suspensions 10 métalliques et mises à la terre. Notamment dans la zone de ces suspensions il faut s'attendre, dans le cas d'un câble aérien exempt de métal, à une charge accrue par des courants de fuite induits sur la surface de la gaine 4. En raison de charges électriques supplémentaires correspondantes -inévitables en cours de service - subies sous 11 effet de sailissures et d'humi- dité, de vibrations du cabale, de particularités de construction, etc... autres tronçons de câble sont cependant aussi menacés de courants de fuite. Par la mime, ltinvention y porte remède grâce à la constitution spéciale de la gaine du câble, REVENDICATIONS 1- Cabale aérien électrique, comportant une âme contenant des guides d'ondes lumineuses, une gaine, entourant l me, en un matériau thermoplastique ou élastomère, ainsi qu'une armature audessous ou au-dessus de cette gaine, et notamment une armature exempte de métal, câble aérien caractérisé en ce que le matériau, thermoplastique ou élastomère, de la gaine (4), après greffage de composés de silane, est réticulé sous l'action de l'humidité, et contient des additifs assurant la résistance aux courants de fuite de ce matériau, tels que oxydes de métal, carbures et autres ayant une action analogue, individuellement ou en combinaison. 2- Cible aérien selon la revendication 1, comportant une gaine contenant des oxydes de métaux, caractérisé en ce que les additifs sont une combinaison d'hydrate dLalumine et d'oxyde de fer. 3- Câble aérien selon la revendication 2, caractérisé en ce que la proportion d'hydrate d'alumine est de 30 à 80 parties et celle de l'oxyde de fer de 3 à 7 parties sur 100 parties de polymère. 4- Cabale aérien selon la revendication 1, comportant une gaine contenant des oxydes de métaux, caractérisé en ce que ceux-ci sont constitués par du bioxyde de titane et de l'oxyde de zinc. 5- Câble aérien selon ltune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau utilisé pour la gaine est constitué par un polyéthylène linéaire (LLDPE) présentant une densité de 0,88 à 0,95 g/cm3, ou bien l'un de ses copolymères, seul ou sous forme de coupage avec d 'autres polymeres. 6- Procédé pour la mise en oeuvre d'un câble aérien comportant une gaine (4) résistante aux courants de fuite selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on mélange d'abord le matériau de base avec les constituants du silane et l'on greffe ensuite le silane sur le polymère de base, dans le matériau de base ainsi préparé, on incorpore et répartit de façon homogène les additifs, et enfin l'on opère le formage de la gaine et on l'expose à l'humidité en vue de la réticulation. 7- Procédé selon lfi revendication 5, caractérisé en ce que l'incorporation par mélange des additifs dans le matériau de base sur lequel on a greffé des silanes, est effectuée à des températures comprises entre 100o et 14000. 8- Procédé selon lune ou 1pauvre des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le catalyseur de réticulation utilisé pour la réticulation sous l'action d'humidité est incorporé par mélange juste avant le formage de la gaine réticulable.