Brevet FR2672722A1 — publié le 19920814

MATERIAU ISOLANT A BASE DE MAGNESIE POUR CABLE A HAUTE TENSION UTILISE EN ENVIRONNEMENT SEVERE DESCRIPTION La présente invention concerne les câbles à haute tension utilisables en environnement sévère (par exemple à haute température et sous rayonnements intenses) et devant présenter néanmoins une longue durée d'emploi. Elle concerne plus spécialement le matériau isolant de tels câbles qui, le plus souvent, est constitué de poudre de magnésie. Comme le montre la Fig. 1 qui illustre une réalisation de l'état connu oe l'art, cette poudre 2 remplit une enveloppe cylindrique 4 conductrice externe qui isole électriquement un conducteur central 6.On peut ainsi réaliser des câbles utilisables jusqu'à 5000C, et même, dans certaines conditions, jusqu'à 10000C si des courants de fuite sont acceptables, la résistivité de l'isolant d 1000 C étant de l'ordre de 107yLcm. Malheureusement, ces câbles sont amenés a vieillir assez rapidement. Les courants de fuite augmentent progressivement, des microdécharges appa raissent, jusqu'à ce que des claquages diélectriques francs soient observés. Pour éviter les microdécharges, il faut éviter de créer dans l'enveloppe cylindrique des bulles ou des poches de gaz. Il convient donc de préparer la poudre de magnésie de telle sorte qu'elle présente la meilleure fluidité possible, afin de bien remplir l'espace entre le conducteur central et l'enveloppe extérieure. Pour préparer la poudre de magnésie ayant de telles qualités de fluidité, plusieurs solutions ont été proposées. Le brevet européen EP-A-0209715A1 revendique une méthode ,'élaboration d'une telle poudre qui permet d'obtenir une proportion importante de grains sphériques et monocristallins, ce qui, d'après les inventeurs, devrait suffire à assurer un bon écoulement de la poudre. En fait, l'obtention de yrains sphériques et monocristallins pour donner une bonne qualité de fluidité à la poudre et ainsi diminuer les risques de claquage électrique, est une condition nécessaire, mais pas suffisante. Il est bien certain notamment que la présence de bulles de gaz crée des points faibles dans l'isolement. Mais le claquage électrique dans un isolant peut avoir d'autres origines. Une étude ondamentale du problème, effectuée par le demandeur, a permis une nouvelle interprétation des phénomènes de claquage des isolants solides et L'on sait maintenant qu'il faut attribuer le claquage à la polarisation du diélectrique et à sa relaxation. On a montré ainsi le rôle essentiel de la permittivité locale du diélectrique et l'on a établi des corrélations entre les propriétés électriques et les propriétés mécaniques de l'isolant : forces d'adhésion, ténacité, etc. La présente invention a pour objet un matériau isolant à base oe magnésie pour câble électrique à haute tension : - présentant une qualité d'écoulement meilleure que ce qui se fait actuellement pour améliorer encore le remplissage du câble ; - pl-ésentant une meilleure tenue à la tension électrique (ajustement des permittivités à l'interface poudre - conducteur central). Ce matériau isolant à base de magnésie pour câble électrique à haute tension utilisé en environnement sévère, comportant, entre u, conducteur central et une enveloppe cylindrique externe une poudre de magnésie composee d'une majorité de grains sphériques et monocristallins, se caractérise en ce que - les grains de la poudre ont une dimension inférieure à 1 pm ; - le matériau est réparti selon des zones cylindriques annulaires concentriques au conducteur central, dans chacune desquelles la poudre de magnésie est mélangée avec des teneurs, croissantes de la périphérie jusqu'au centre, d'une poudre d'oxyde d'un métal choisi parmi le chrome, le titane et le manganèse. Selon l'invention, on part de poudre de magnésie élaborée suivant les méthodes connues et assurant la plus grande proportion de grains monocristallins. On ne retient, par criblage, que les grains ayant un diamètre inférieur au micron. Selon l'invention et suivant les dimensions du câble, on utilise la poudre de base telle quelle ou, pour améliorer l'écoulement si Les conditions de remplissage sont difficiles, après un dopage des grains. Ce dopage se fait par implantation d'ions de chrome, de titane ou de manganèse. A titre d'exemple, on dope les grains avec du chrome sur une épaisseur de quelques centaines d'0 avec un implanteur d'ions classique. Avec ce traitement, on constate qu'on améliore d'un facteur 2 la vitesse d'écoulement de la poudre, facteur prépondérant pour un remplissage correct de l'enveloppe. Un autre moyen pour améliorer l'écoulement de la poudre consiste à l'irradier. A titre d'exemple, la poudre rradiée par rayonnement gdmma sous 1000 Rad, voit son coefficient de frottement réduit d'un facteur 2. En se référant oux Fig. 2 et 3 ci-jointes, données à titre illustratif et non limitatif, on va décrire maintenant un exemple de mise en oeuvre de l'invention. La Fig. 2 montre, en coupe perpendiculaire à l'axe du câble, la répartition des différentes zones de poudre isolante ; La Fig. 3 montre, schématiquement, un système de remplissage de cette enveloppe. Sur la Fig. 2, on fait un remplissage de l'enveloppe 4 par couches ou zones successives à partir de plusieurs mélanges de poudre. Les mélanges sont faits en ajoutant à la magnésie de la poudre d'oxyde de chrome, d'oxyde de titane ou d'oxyde de manganèse. L'espace annulaire compris entre le conducteur central 6 et l'enveloppe externe 4 est divisé en quatre zones cylindriques annulaires 8, 10, 12, 14 dans chacune desquelles la teneur en oxyde Cr203 est différente en augmentant de la périphérie vers le centre. Par exemple, pour un câble de diamètre 5 cm, on remplit une couche 14 contre le conducteur central avec une poudre de magnésie contenant 10 % de poudre d'oxyde de chrome, sur une épaisseur de 5 mm, puis on remplit une deuxième couche 12 avec une poudre de magnésie contenant 7,5 X de poudre d'oxyde de chrome, sur une épaisseur de 5 mm, puis on remplit une troisième couche 10 avec une poudre de magnésie contenant 5 X de poudre d'oxyde de chrome. Le reste du volume libre, ou couche 8, est rempli avec une poudre contenant 1 X d'oxyde de chrome. Le dispositif de remplissage est par exemple celui représenté Fig. 3. Un système de buses 16 permet un écoulement de différents mélanges de poudre, du centre vers l'extérieur. Les différentes zones 8, 10, 12, 14 ont en fait des limites immatérielles et sont constituées simplement par le fait que les poudres de différentes compositions en oxyde sont déversées simultanément dans l'enveloppe 4 par les différentes buses 16. REVENDICATIONS 1. Matériau isolant à base de magnésie pour câble électrique à haute tension utilisé en environnement sévère, comportant, entre un conducteur central (6) et une enveloppe cylindrique externe conductrice (4)une poudre de magnésie composée d'une majorité de grains sphériques et monocristallins, caractérisé en ce que - les grains de la poudre ont une dimension inférieure à 1 pm ; - le matériau est réparti selon des zones cylindriques annulaires concentriques (8, 10, 12, 14) au conducteur central, dans chacune desquelles la poudre de magnésie est mélangée avec des teneurs croissantes de la périphérie jusqu'au centre, d'une poudre d'oxyde d'un métal choisi parmi le chrome, le titane et le manganèse. 2. Matériau isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les grains de la poudre de magnésie sont préalablement dopés par implantation d'ions métalliques choisis parmi le chrome, le titane et le manganèse. 3. Matériau isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les grains de la poudre de magnésie sont préalablement soumis à une irradiation gamma d'une valeur de l'ordre de 1000 rad.