Brevet FR2604037A1 — publié le 19880318

La présente invention concerne d'une façon générale les câbles électriques pour haute tension, et concerne plus particulièrement une nouvelle extrémité sèche de câble pour haute tension. On connaît déjà dans la technique antérieure, notamment par le brevet français n 2 518 837 au nom de la Demanderesse,la confection d'une extrémité d'un câble haute tension comprenant essentiellement une âme conduc- trice (classiquement entourée d'une couche semi-conduc- trice), une enveloppe isolante entourant l'âme, un écran équipotentiel disposé autour de l'enveloppe, et une gaine de protection extérieure. Afin d'optimiser la répartition du champ électrique entre l'écran et l'âme, on trouve en outre un certain nombre de couches de matériau à haute permittivité et, à l'extérieur de celles-ci,une couche mince de matériau semiconducteur à coefficient de conduction non linéaire, formant répartiteur linéaire de tension, dis- posées sur au moins une partie de la longueur de l'enveloppe isolante dénudée du câble. Conventionnnellement, ce type d'extrémité est globablement entouré d'un support isolant en porcelaine, et un bain d'huile est prévu à l'intérieur de cette porcelaine afin d'éviter la présence d'air susceptible de s'ioniser dans les régions de champ électrique élevé de l'extrémité. Ces supports en porcelaine, matériau connu pour son caractère cassant et son absence de souplesse, exigent le plus grand soin lors du montage sur le terrain, et sont donc désavantageux de ce point de vue. Ils sont par ailleurs lourds, encombrants et de plus onéreux. En outre, la présence d'huile habituellement nécessaire lorsque des hautes tensions (typiquement 150 KV et davantage) sont mises en jeu, est désavantageuse en ce que les fuites sont toujours possibleset que son coefficient de dilatation élevé engendre des contraintes mécaniques im- portantes dans l'extrémité. Par ailleurs, lorsque se produit un claquage diélectrique,l'huile risque de s'enflammer et de provoquer un incendie. La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients et de proposer une nouvelle extrémité de câble pour haute tension ne comportant ni porcelaine, ni huile et dont la mise en oeuvre sur le terrain soit d'une grande souplesse. Un autre objet de l'invention est de donner à une extrémité de câble pour haute tension un caractère autoporteur. Ainsi, en plus de la fonction de raccordement électrique, elle pourra tenir lieu de support mécanique pour une barre de répartition en frme de cylindre creux en alliage léger conventionnellement associée à un sectionneur ou à un disjoncteur. A cet effet, la présente invention concerne une extrémité de câble électrique pour haute tension, du type comprenant une âme conductrice centrale recouverte d'une substance semi-conductrice, une enveloppe isolante, ainsi qu'un écran équipotentiel et une gaine de protection exté- rieure que l'on arrête à distance de la fin du câble pour dénuder sur une longueur déterminée l'enveloppe isolante, et au moins une couche de matériau à haute permittivité s'é- tendant sur au moins une partie de la longueur de l'envelop- pe isolante dénudée, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un tube de protection extérieur s'étendant essentielle- ment sur toute la longueur de l'extrémité et, à l'intérieur dudit tube, un ensemble de tiges de rigidité en matériau composite isolant s'étendant parallèlement à l'axe de l'ex- trémité ainsi qu'un matériau de bourrage disposé intimement entre les tiges et entre la couche de matériau à haute per- mittivité et le tube. De façon préférée, les tiges de rigidité sont réalisées en résine époxyde armée de fibres de verre. D'autres aspects et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue partiellement en coupe axiale d'une extrémité d'un câble électrique pour haute tension selon l'invention, et - la figure 2 est une vue en coupe transversa- le selon la ligne II-II de l'extrémité de la figure 1. Maintenant en référence au dessin, on a repré- senté sur les figures 1 et 2 une extrémité d'un câble con- forme à la présente invention, le câble comrprenant une âme conductrice centrale 10, une couche 11 de substance semi-conductrice, une enveloppe isolante 12, réalisée de préférence en un matériau polymère, un écran équipotentiel 14 qui a été arrêté à une distance donnée du bout libre du câble de manière à dénuder l'enveloppe iso- lante 12 sur une longueur déterminée en fonction de la tension de service et du mode d'exploitation envisagé, et une gaine extérieure 16, qui peut par exemple comporter une armature métallique revêtue d'une couche isolante. De plus, dans le but d'uniformiser la distribu- tion du champ électrique le long de l'enveloppe isolante 12, et d'éliminer par conséquent tout risque de formation d'ef- fluves, on a prévu autour d'une partie de ladite enveloppe 12 à partir de la terminaison de l'écran équipotentiel une structure multicouches globalement désignée par la référence 18 et comprenant une ou plusieurs couches de matériau isolant à haute permittivité et une couche d'un semiconducteur à coefficient de conduction non linéaire, l'ensemble pouvant être recouvert d'une gaine isolante. Pour plus de détails concernant cette technique, on se reportera au brevet français n 2 518 837 au nom de la Demanderesse, dont le contenu est incorporé à la présente demande par référence. La figure 1 est relativement schématique, et l'onn'apas illustré en détail la transition entre l'ensemble de l'écran équipotentiel 14 et de la gaine de protection 16 qui l'entoure et la structure à haute permittivité 18. Ici encore, on se reportera au brevet ci-dessus. Selon l'invention, l'extrémité du câble est entou- rée, sur toute la longueur dénudée de l'enveloppe isolante 12 et au-delà du bout de l'âme conductrice 10, d'une armature constituée par des tiges de rigidité ou de renforcement 20 régulièrement réparties à sa périphérie. De façon préférée, ces tiges 20 seront constituées par un matériau composite isolant, plus particulièrement de la résine époxyde armée de fibres de verre unidirection- nelles (longitudinales). En outre, un mastic de bourrage 22 ou autre matière déformable sèche de bourrage remplira étroitement tous les espaces et interstices délimit éspar les tiges 20, le matériau 18 à haute permittivité et un tube extérieur 24 (voir plus loin), comme illustré sur la figure 2. De cette manière, on évitera la présence de poches d'air en contact avec la structure multicouches à haute permittivité 18. L'extrémité selon l'invention comprend en outre un tube ou manchon extérieur 24 de protection et de main- tien qui entoure intimement les tiges 20 et le bourrage 22 et qui est fermé à ses deux extrémités par deux plateaux isolants. Le plateau supérieur 26 comporte un trou cen- tral 28 dans lequel est emprisonnée axialement une cosse reliée électriquement à l'âme conductrice 10. Plus précisément, la cosse 30 comporte un manchon inférieur 30a engagé sur l'âme 10 et relié mécaniquement et électrique- ment à celle-ci, une partie intermédiaire de section réduite 30b sur laquelle s'effectue le blocage axial et une partie supérieure 30c, débordant au-dessus du plateau 26, pour la connexion de 1 'extrémité du câble. Un manchon isolant 32 recouvre l'extrémité de l'enveloppe 12 et la partie inférieure de la cosse 30. On trouve en outre un plateau inférieur 34 traversé centralement par le câble et relié mécaniquement à la gaine extérieure isolante 16 de ce dernier, par exemple par collage ou serrage. Les plateaux 26, 34 seront réalisés par exemple en résine époxyde. Les tiges de rigidité 20 sont ainsi emprison- nées dans le tube 24 et entre les deux plateaux d'extrémi- té 26, 34 et confèrent à l'extrémité du câble, en coopé- ration avec lesdits plateaux une grande rigidité ainsi qu'une résistance aux efforts de compression, de trac- tion et de flexion. L'extrémité conforme à la présente invention comporte enfin un ensemble de jupes extérieures 40, au nombre de trois dans le présent exemple, fixées à la pé- riphérie extérieure du manchon de protection 24. Le manchon 24 et les jupes 40 seront réalisées en un matériau hydrophobe souple, de préférence un caout- chouc de silicone ou d'éthylène-propylène ou encore sous forme de gaines thermorétractables chargées, par exemple du polyéthylène réti- culé chargé avec de l'hydroxyde d'alumine. L'extrémité de câble pour haute tension telle que décrite ci-dessus présente les avantages suivants. Tout d'abord, elle permet la suppression de l'huile isolante qui, dans la technique antérieure, est susceptible de fuites et pose un certain nombre de problè- mes d'ordre mécanique de par son coefficient de dilatation élevé. De plus, l'enveloppe en porcelaine, matériau lourd, encombrant, fragile et onéreux, et d'une mise en oeuvre délicate, est également supprimée. Les extrémités selon l'invention sont légères et maniables, et peuvent être montées sans difficultés dans toute position appropriée dans l'espace. En outre, la relative flexibilité du matériau composite employé pour les tiges d'armature 20 par rapport à la porcelaine autorise une plus grande liberté lors des montages mécaniques sur le terrain. Du point de vue électrique, les performances atteintes avec l'extrémité décrite ci-dessus sont du même ordre que celles obtenues avec les extrémités tradition- nelles à enveloppe-support de porcelaine. Par ailleurs, l'extrémité pourra être réalisée en pratique de diverses manières. Mais de façon préférée, les tiges d'armature 20, le tube de protection 24 et l'ensemble des couches de matériau à haute permittivité se présenteront soit sous forme d'éléments séparés ré- tractables àchaud ou à froid, soit sous forme de blocs prémoulés. En outre, la présence des plateaux d'extrémité 26, 34 en association avec le tube protecteur 24 permet de réaliser, au niveau de l'assemblage de ces éléments, une étanchéité. Le matériau composite constituant les tiges de renfort sera ainsi en permanence à l'abri de l'humidité, au profit du maintien de ses performances dans le temps. Enfin, la présence de la surface isolante du plateau d'extrémité 34 pour le soutien de l'extrémité de câble décrite permettra en pratique de se passer de l'uti- lisation des supports isolants supplémentaires qui sont habituellement nécessaires lors des montages d'extrémité avec séparation des masses (constituées par les écrans équipotentiels), technique couramment appelée "X-bonding". Un certain nombre de variantes et de modifica- tions pourront être apportées à l'invention telle que dé- crite ci-dessus sans cependant sortir de son cadre. Ainsi, par exemple, dans certaines classes de tensions (par exemple 150 KV ou davantage), on pourra prévoir sur le plateau inférieur 34 une électrode de garde cylindrique dirigée vers le haut (non représentée) permet- tant, en tendant à orienter les lignes équipotentielles en direction radiale, à favoriser l'action des couches à haute permittivité. En outre, pour des tensions élevées, la couche semi-conductrice à coefficient de conduction non linéaire pourra être omise. Plus généralement, toute structure de distribution des champs électriques tendant à atténuer les risques d'ef- fluves pourra être incorporée à l'extrémité, entre le câble proprement dit et ses aménagements de renfort et de protec- tion. Enfin, les plateaux 26, 34 et la cosse 30 pourront prendre toutes formes et dimensions et notamment se prêteront particulièrement bien à une adaptation à des modes de raccordement normalisés. REVENDICATIONS 1. Extrémité de câble électrique pour haute tension, du type comprenant une âme conductrice centrale (10) recouverte d'une substance semiconductrice (11), une enveloppe isolante (12),ainsi qu'un écran équipotentiel (14) et une gaine de protection extérieure (16)que l'on arrête à distance de la fin du câble pour dénuder sur une lonqueur déterminée l'enveloppe isolante, et au moins une couche de matériau à haute permittivité (18) s'étendant sur au moins une partie de la longueur de l'enveloppe isolante dénudée, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un tube de pro- tection extérieur (24) en matériau isolant s'étendant essen- tiellement sur toute la longueur de l'extrémité et, à l'in- térieur dudit tube, un ensemble de tiges de rigidité (20) en matériau composite isolant s'étendant parallèlement à l'axe de l'extrémité ainsi qu'un matériau de bourrage (22) disposé intimement entre les tiges et entre la couche de matériau à haute permittivité et le tube. 2. Extrémité de câble selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tiges de rigidité (20) sont réalisées en résine époxyde armée de fibres de verre. 3. Extrémité de câble selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le tube de protection extérieur (24) est fermé à ses deux extrémités par des plateaux isolants (26, 34). 4. Extrémité de câble selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une cosse (30) reliée électriquement et mécaniquement au bout dénudé de l'âme (10) et solidaire axialement du plateau (26) situé à l'extrémité correspondante du tube (24). 5. Extrémité de câble selon la revendication 4, caractérisée en ce que le plateau (34) situé à l'extrémité opposée du tube comporte une électrode de garde. 6. Extrémité de câble selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce qu'elle est suppor- tée mécaniquement par l'intermédiaire d'au moins l'un des plateaux (26, 34). 7. Extrémité de câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la couche de matériau à haute permittivité (18) est complétée à l'extérieur d'une couche semiconductrice à coefficient de conduction non linéaire. 8. Extrémité de câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau de bourrage (22) comprend une matière déformable sèche telle qu'un mastic. 9. Extrémité de câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un ensem- ble de jupes (40) est rapporté à l'extérieur du tube de protection (24). 10. Extrémité de câble selon la revendication 9, caractérisée en ce que le tube de protection (24) et les jupes (40) sont réalisés en un matériau hydrophobe compris dans le groupe des caoutchoucs de silicone, des caoutchoucs d'éthylène-propylène et des matières thermorétractables chargées.