Brevet FR2687830A1 — publié le 19930827

CABLE DE TRANSPORT D'ENERGIE A MOYENNE ET HAUTE TENSION AVEC DETECTION DE DEPASSEMENT DE TEMPERATURE ET UTILISATION D'UN TEL CABLE La présente invention concerne un câble de transport d' énergie à moyenne et haute tension avec détection de dépassement de température comportant au moins un conducteur central, au moins une couche d'isolant coaxiale à ce conducteur central, au moins un écran métallique coaxial à la couche d'isolant, une gaine extérieure entourant cet écran métallique et éventuellement une protection mécanique. Elle concerne également une utilisation d' un tel câble de transport d' énergie à moyenne et haute tension avec détection de dépassement de température. Pendant sa durée de vie, une liaison câblée est soumise à un certain nombre de contraintes, notamment lors de régimes d' exploitation perturbés par des surintensités, des surtensions, des surcharges thermiques et/ou des effets électrodynamiques. De ce fait, les caractéristiques diélectriques des isolants synthétiques extrudés peuvent se dégrader de façon irrémédiable, notamment lorsque ces isolants sont soumis à des gradients thermiques élevés. Pour 1' exploitant d' un réseau d'énergie, la surveillance de ces paramètres est particulièrement utile, car elle permet de prévenir, dans une large mesure, la défaillance inopinée d'une liaison câblée et de renforcer la sécurité dans 1' exploitation d' un réseau. En effet, la détection rapide et la localisation précise d'une zone où les sollicitations thermiques sont trop élevées permettent, le cas échéant, à 1' exploitant d'intervenir rapidement afin d' éviter des détériorations. Dans les zones urbanisées, l'effet de proximité d'autres liaisons câblées ou même de conduites de chauffage à distance rend cette localisation de surcharge thermique extrêmement difficile avec les moyens dont on dispose actuellement. Ceci constitue un inconvénient grave qui laisse l'exploitant d' un réseau d'énergie quasiment impuissant face à ces phénomènes qui réduisent la durée de vie des câbles d'énergie constituant cette liaison. La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en réalisant un câble de transport d' énergie tel que mentionné précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une fibre optique à seuil de température disposée entre la couche d'isolant et la gaine extérieure. Selon un mode de réalisation préféré d'un câble du type unipolaire, la fibre optique à seuil de température est disposée entre la couche d'isolant et 1' écran métallique. Dans le cadre de cette réalisation préférée, ladite fibre à seuil de température est logée dans une couche de bourrage composée essentiellement de fils en matière synthétique disposés côte à côte et qui ont un diamètre sensiblement égal à celui de ladite fibre à seuil de température. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la couche de bourrage est constituée d' une monocouche de fils en matière synthétique dans laquelle l'emplacement d'au moins un fil est occupé par ladite fibre à seuil de température. Dans cette monocouche de fils en matière synthétique, 1' emplacement d'au moins un fil est occupé par un conducteur électrique. Selon un autre mode de réalisation, la fibre optique à seuil de température est disposée dans un écran fait de fils métalliques méplats et plus particulièrement est disposée entre deux fils métalliques rondsl intégrés audit écran. Dans le cadre de la réalisation d'un câble du type multipolaire, la fibre optique à seuil de température est disposée dans une couche de bourrage, à l'intérieur d'un élément tubulaire contenant également plusieurs câbles traditionnels de transport d'énergie. Dans cette forme de réalisation, les câbles de transport d'énergie traditionnels sont adjacents deux à deux et délimitent un espace central dans lequel est logée la fibre optique à seuil de température. Selon l'invention, le câble de transport d'énergie à moyenne et haute tension tel que défini ci-dessus est utilisé pour la détection d' un dépassement de température dans une zone localisée de ce câble, ce dépassement de température étant dû à un échauffement local généré par des paramètres intérieurs et/ou extérieurs. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé dans lequel les figures 1A et 1B représentent des vues respectivement en perspective et en coupe transversale d'une première forme de réalisation d'un câble unipolaire selon l'invention, les figures 2A et 2B représentent des vues identiques à celles des figures précédentes d' une autre forme de réalisation d' un câble unipolaire selon l'invention, les figures 3A et 3B représentent des vues similaires aux vues des figures précédentes d'une autre forme de réalisation d'un câble unipolaire selon l'inventionr les figures 4A et 4B représentent des vues respectivement en perspective et en coupe transversale d' un câble tripolaire selon l'invention, et les figures 5A et 5B représentent respectivement une vue latérale et une vue en coupe d'une fibre à seuil de température utilisée dans les câbles définis ci-dessus. En référence aux figures 1A et 1B, le câble de transport d'énergie à moyenne et haute tension représenté comporte un conducteur central 10 composé d'une multitude de fils nus 11 en cuivre rétreint. Ce conducteur central est entouré successivement d1un semi-conducteur intérieur 12, d'une couche d'isolant 13 et d'un semi-conducteur extérieur 14, ces trois couches coaxiales au conducteur central étant de préférence composées de polyéthylène réticulé extrudé en un seul passage selon un procédé connu sous la dénomination "système tricouche". Une couche de bourrage 15 entoure le semi-conducteur extérieur 14.Des coussins de protection mécanique et thermique 16 sont interposés coaxialement entre la couche de bourrage 15 et une gaine ondulée 17, de préférence réalisée en aluminium extrudé sans soudure, qui constitue l'écran métallique et qui assure également l' étanchéité et la protection mécanique. Cette gaine ondulée 17 est entourée d' une protection anti-corrosion 18 elle-même entourée d' une gaine extrudée 19 en polyéthylène de haute densité. La couche de bourrage 15 est avantageusement, mais non exclusivement, constituée de fils en polyéthylène juxtaposés 20, qui ont tous le même diamètre et qui sont serrés les uns contre les autres pour former une couche continue.L' emplacement d' au moins un de ces fils est occupé par une fibre optique à seuil de température 21 commercialisée sous la dénomination ERICA (i) par la société suédoise Ericsson Network Engineering AB et qui présente un diamètre sensiblement égal à celui d'un des fils 20. Par ailleurs, au moins un des fils 20 constituant la couche de bourrage 15 est remplacé par un fil de cuivre nu pour assurer la continuité électrique des couches avec lesquelles il est en contact. La fibre optique à seuil de température et les détails de son fonctionnement seront décrits en référence à la figure 5. Les figures 2A et 2B illustrent une autre forme de réalisation du câble de transport d'énergie à moyenne et haute tension. Comme précédemment, ce câble comporte un conducteur central 10 qui est entouré successivement d'un semi-conducteur intérieur 12, d'une couche d'isolant 13 et d'un semi-conducteur extérieur 14. Sur le semi conducteur extérieur 13 sont disposés des coussins 30 assurant 1' étanchéité longitudinale et la protection mécanique et thermique de la fibre optique à seuil de température 21, ou éventuellement des fibres optiques à seuil de température dans le cas où le câble comporterait plusieurs de ces fibres. Cette fibre est incorporée à une couche 31 constituant un l'écran métallique et faite de fils de cuivre nu 32 en forme de méplats juxtaposés pour constituer une couche continue.La fibre optique à seuil de température 21 est incrustée dans cet écran et placée entre deux fils ronds 33 disposés de part et d'autre de la fibre 21. Cet écran est entouré d'une deuxième couche de coussins 34 identiques aux coussins 30 et destinés à assurer 1' étanchéité longitudinale et la protection mécanique et thermique de la fibre optique 21. Par-dessus ces coussins est prévue une gaine d'étanchéité radiale 35 composée d' un ruban de cuivre copolymérisé posé longitudinalement et une gaine extérieure 19 en polyéthylène à haute densité qui est identique à celle définie précédemment en référence aux figures 1A et 1B. En référence aux figures 3A et 3B, le câble de transport d'énergie à moyenne et haute tension comporte comme précédemment un conducteur central 10 successivement entouré d'un semi-conducteur intérieur 12, d'une couche d'isolant 13 et d'un semi-conducteur extérieur 14. La couche suivante est constituée par des coussins d'étanchéfté longitudinale 30 et elle-même entourée d' un écran 40 composé de fils de cuivre 41 en forme de méplats juxtaposés. Une couche 42, constituée de coussins pour l'étanchéité longitudinale et pour la protection mécanique et thermique de la fibre optique à seuil de température 21, entoure l'écran 40. Cette fibre optique à seuil de température est incorporée dans une couche de bourrage 43 composée essentiellement de fils en polyéthylène 20 juxtaposés.L'emplacement d'un de ces fils 20 est occupé par la fibre à seuil de température 21 placée entre deux fils de cuivre, respectivement 44 et 45, qui occupent également 1' emplacement de deux fils de polyéthylène constituant la couche de bourrage 43. Cette couche de bourrage est entourée de coussins 46 pour assurer l' étanchéité longitudinale et la protection mécanique et thermique de la fibre à seuil de température. Les coussins sont entourés d'une gaine d'étanchéité radiale 35 composée de préférence d'un ruban de cuivre copolymérisé posé longitudinalement identique à celui utiliser en référence à l' exécution des figures 2A et 2B. Une gaine extérieure 19 en polyéthylène à haute densité constitue la couche extérieure de ce câble. Les trois réalisations ci-dessus correspondent à des câbles unipolaires, alors que la réalisation décrite en référence aux figures 4A et 4B correspond à un câble tripolaire. Ce câble se compose en fait de trois câbles identiques 50, 51 et 52 qui sont des câbles de transport d' énergie électrique à moyenne tension tout à fait conventionnels et qui sont disposés en triangle à l'intérieur d' un élément tubulaire 53. Dans cette réalisation, la fibre optique à seuil de température 21 est logée dans l' espace délimité entre les trois câbles respectivement 50, 51 et 52, c'est-à-dire dans un espace central limité par les parois extérieures des trois câbles en présence. Chacun de ces câbles se compose d'un conducteur central 60 successivement entouré d'un semiconducteur intérieur 61, d'une couche d'isolant 62. d'un semiconducteur extérieur 63, d'un écran 64 composé de fils de cuivre, d' un ruban de dilatation 65 et d' une gaine extérieure 66 en polyéthylène à haute densité. Les trois câbles et la fibre optique à seuil de température sont entourés d' une gaine de bourrage 67 friable constituant un lien de maintien. Cette gaine spiralée est entourée d'une armature 68 en fils plats en acier zingué à chaud tenus par une contre spirale 69. La gaine de bourrage 67 et 1' armature 68 forment ensemble ledit élément tubulaire 53. La fibre à seuil de température 21, disposée dans sa couche de bourrage, peut également être située dans une zone autre que la zone centrale de 1' élément tubulaire 53 contenant les câbles. On notera qu' une réalisation multicâble est envisageable et que le nombre des câbles traditionnels disposés dans 1' élément tubulaire n' est pas limité à trois. La fibre optique à seuil de température utilisée et illustrée par les figures 5A et 5B est connue en soi, notamment dans le cadre d'une application de la détection des incendies. Elle se compose d'un ensemble d' éléments comprenant une fibre optique multimode qui constitue en fait le "capteur de température". Cet ensemble comprend un tube creux 70, de préférence en une matière synthétique souple telle que le nylon it qui est remplie de cire 71. La fibre multimode 72 est disposée en appui le long de la surface périphérique du tube creux 70. Pour que cette liaison soit permanente, une ligature hélicoïdale 73 est faite au moyen d'un brin souple et résistant, tel que par exemple une ficelle en Kevlar R Ce sous-ensemble est logé à l'intérieur d'un tube de protection 74. Les variations de température provoquent des "gonflements" locaux de la cire dus à une expansion en volume. Ces déformations se transmettent à la fibre multimode dont l' atténuation est mesurée et interprétée par un équipement approprié qui permet de localiser un dépassement de température dans le câble. La présente invention n' est pas limitée à 1' exemple de réalisation décrit ci-dessus, mais elle s'étend à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier. REVENDICATIONS 1. Câble de transport d' énergie à moyenne et haute tension avec détection de dépassement de température comportant au moins un conducteur central, au moins une couche d'isolant coaxiale à ce conducteur central, au moins un écran métallique coaxial à la couche d'isolant, une gaine extérieure entourant cet écran métallique et éventuellement une protection mécanique, caractérisé en ce qu' il comporte au moins une fibre optique à seuil de température (21) disposée entre la couche d'isolant (13) et la gaine extérieure (19). 2. Câble selon la revendication 1, du type unipolaire, caractérisé en ce que la fibre optique à seuil de température (21) est disposée entre la couche d'isolant (13) et l'écran métallique (17). 3. Câble selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite fibre à seuil de température (21) est logée dans une couche de bourrage (43) composée essentiellement de fils (20) en matière synthétique disposés côte à côte. 4. Câble selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fils (20) en matière synthétique de la couche de bourrage (43) ont un diamètre sensiblement égal à celui de ladite fibre à seuil de température (21). 5. Câble selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche de bourrage (43) est constitbuée d'une monocouche de fils en matière synthétique dans laquelle l'emplacement d' au moins un fil est occupé par ladite fibre à seuil de température. 6. Câble selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'emplacement d'au moins un fil en matière synthétique (20) est occupé par au moins un conducteur électrique (44, 45). 7. Câble selon la revendication 1, du type unipolaire, caractérisé en ce que la fibre optique à seuil de température (21) est disposée dans un écran fait de fils métalliques méplats (32). 8. Câble selon la revendication 7, caractérisé en ce que la fibre optique à seuil de température (21) est disposée entre deux fils métalliques ronds (33) intégrés audit écran. 9. Câble selon la revendication 1, du type multipolaire, caractérisé en ce que la fibre optique à seuil de température (21) est disposée à l'intérieur d'un élément tubulaire (53) contenant également plusieurs câbles traditionnels (50, 51, 52) de transport d'énergie. 10. Câble selon la revendication 9, caractérisé en ce que les câbles de transport d'énergie traditionnels (50, 51, 52) sont adjacents deux à deux et délimitent un espace central dans lequel est logée la fibre optique à seuil de température (21). 11. Utilisation d'un câble de transport d'énergie à moyenne et haute tension selon 1' une quelconque des revendications précédentes, pour la détection d'un dépassement de température dans une zone localisée de ce câble, ce dépassement de température étant dû à un échauffement local généré par des paramètres intérieurs et/ou extérieurs.