Brevet FR3002077A1 — publié le 20140815

CABLE D'ENERGIE ET/OU DE TELECOMMUNICATION La présente invention a pour objet un câble d'énergie et/ou de télécommunication comportant au moins deux couches électriquement isolantes. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, aux câbles moyenne tension destinés notamment à rester opérationnels pendant un temps défini lorsqu'ils sont soumis à des conditions extrêmes telles que des incendies ou des inondations. On sait que les câbles, qu'ils soient électriques ou optiques, destinés au transport d'énergie ou à la transmission de données comprennent au moins un élément conducteur, électrique ou optique, entouré par au moins une couche isolante. On sait également que les câbles moyenne ou haute tension comportent généralement de l'intérieur vers l'extérieur : - un élément conducteur central réalisé généralement en cuivre ou en aluminium ; - une couche semi-conductrice interne entourant ledit élément conducteur central et réalisée généralement en un matériau polymère électriquement conducteur ; - une couche électriquement isolante entourant ladite couche semiconductrice interne ; - un écran de protection externe conducteur entourant ladite couche isolante ; - une gaine entourant ledit écran de protection externe. Les câbles moyenne ou haute tension peuvent également comprendre une couche semi-conductrice externe disposée entre l'écran de protection externe conducteur qui consiste généralement en un ruban ou en une tresse métallique et la couche électriquement isolante. La couche électriquement isolante entourant la couche semi-conductrice interne comporte généralement un mélange de mica et de polyéthylène du type XLPE (« Cross-linked polyethylene » en langue anglaise ou polyéthylène réticulé en français). -2- Il s'avère toutefois que l'utilisation d'un mélange de mica et de XLPE, en raison notamment de l'absence d'homogénéité et d'isotropie dudit mélange, notamment au niveau des interfaces avec les autres couches, peut provoquer une absence de matière à des endroits déterminés se traduisant par exemple par la présence de bulles d'air. Cette absence de matière peut engendrer des décharges électriques localisées en raison d'une augmentation de la valeur du champ électrique au niveau de ces espaces vides, au-delà de la limite de rigidité diélectrique, l'intensité du champ électrique variant en fonction de la tension électrique appliquée. Il s'avère également que les câbles peuvent être soumis à des conditions extérieures extrêmes telles que des inondations ou des incendies qui provoquent notamment des modifications du champ électrique susceptibles de créer des décharges électriques partielles du type susdit au sein de la couche isolante. La présente invention a notamment pour objet de remédier à ces inconvénients majeurs en proposant un câble d'énergie et/ou de télécommunication pouvant être protégé contre lesdites décharges électriques partielles, tout en présentant une bonne résistance à des conditions extérieures extrêmes. A cet effet, elle propose un câble d'énergie et/ou de télécommunication, caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins un élément conducteur central ; - une couche semi-conductrice interne entourant l'élément conducteur central ; - une première couche électriquement isolante entourant ladite couche semi-conductrice interne ; - une couche semi-conductrice de transition entourant ladite première couche électriquement isolante ; - une seconde couche électriquement isolante entourant la couche semi-conductrice de transition ; - une couche semi-conductrice externe entourant ladite seconde couche électriquement isolante. -3- De cette façon, la présence des couches semi-conductrices permet de prévenir l'apparition de décharges électriques partielles au niveau de l'interface entre ces dernières et les couches électriquement isolantes. La couche électriquement isolante de l'état de l'art est ainsi subdivisée en au moins deux couches électriquement isolantes indépendantes, comprises chacune entre deux couches semi-conductrices. Selon une variante d'exécution de l'invention, le matériau ou l'ensemble des matériaux composant la première couche électriquement isolante présente une permittivité électrique distincte de celle du (des) matériau(x) composant ladite seconde couche électriquement isolante. Préférentiellement, le matériau ou l'ensemble des matériaux composant ladite première couche électriquement isolante présente une permittivité électrique supérieure à celle du (des) matériau(x) composant ladite seconde couche électriquement isolante. De manière préférentielle, la première couche électriquement isolante comprend un ou plusieurs matériaux lui permettant d'être résistant au feu. La résistance au feu est définie en l'espèce comme étant la propriété permettant à un élément de conserver ses propriétés physiques et mécaniques, et notamment ses propriétés d'isolation électrique, pendant un temps défini lorsqu'il est exposé à de fortes chaleurs ou directement au feu. De cette manière, dans une situation courante d'exploitation du câble, à savoir typiquement à température ambiante et dans un milieu considéré comme sain, les deux couches électriquement isolantes permettent d'atténuer l'intensité du champ électrique. Dans l'hypothèse où le câble est exposé à une situation exceptionnelle telle qu'un incendie, même si la seconde couche électriquement isolante est détruite par le feu, la première couche électriquement isolante, grâce à ses propriétés lui permettant de résister au feu, permet avantageusement d'assurer une continuité du fonctionnement du câble. La première couche électriquement isolante comprend préférentiellement une matière incombustible et ininflammable telle que du mica. La seconde couche électriquement isolante comprend préférentiellement du polyéthylène du type XLPE (« Cross-linked polyethylene »). De manière préférentielle, le câble selon l'invention comporte en outre : -4- - un écran de protection externe conducteur entourant ladite couche semi-conductrice externe, qui consiste généralement en un ruban ou en une tresse métallique ; - une gaine entourant ledit écran de protection externe. De manière préférentielle, la matrice et la forme desdites couches semi- conductrices sont compatibles avec celles des couches électriquement isolantes avec lesquelles elles sont en contact. Dans l'hypothèse où les couches électriquement isolantes sont rubanées, les couches semiconductrices sont préférentiellement également rubanées. 113 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière des exemples qui vont suivre en référence à la figure ci-annexée, lesdits exemples et figure étant donnés à titre illustratif et nullement limitatif. La figure unique est une représentation schématique selon une coupe 15 transversale du câble selon l'invention. Le câble électrique 1, représenté selon une coupe transversale sur la figure unique, comporte notamment de l'intérieur vers l'extérieur : - un élément conducteur central 2 ; - une couche semi-conductrice interne 3 entourant ledit élément 20 conducteur central 2 ; - une première couche 4 électriquement isolante entourant ladite couche semi-conductrice interne 3 ; - une couche semi-conductrice de transition 5 entourant ladite première couche 4 électriquement isolante ; 25 - une seconde couche 6 électriquement isolante entourant la couche semi-conductrice de transition 5 ; - une couche semi-conductrice externe 7 entourant ladite seconde couche 6 électriquement isolante. Préférentiellement, le câble électrique 1 selon l'invention peut également 30 comprendre un écran de protection externe conducteur (non représenté) entouré par une gaine extérieure de protection (non représentée), l'écran de protection externe entourant la couche semi-conductrice externe 7. -5- De cette façon, notamment dans l'hypothèse où les deux couches 4, 6 électriquement isolantes n'ont pas la même composition, la présence des couches semi-conductrices 3, 5, 7 permet d'uniformiser le champ électrique et de prévenir les surtensions qui sont susceptibles de provoquer des décharges électriques partielles au niveau des interfaces avec lesdites couches 4, 6 électriquement isolantes. Selon une variante d'exécution, le câble 1 selon l'invention peut comporter plus de deux couches électriquement isolantes, séparées chacune par une couche semi-conductrice de transition du type susdit. Ainsi, à titre d'exemple, le câble 1 selon l'invention peut comprendre : - une deuxième couche semi-conductrice de transition entourant la seconde couche 6 électriquement isolante ; - une troisième couche électriquement isolante entourant la deuxième couche semi-conductrice de transition. De manière préférentielle, la première couche 4 électriquement isolante est composée d'un ou de plusieurs matériaux lui permettant d'être résistant au feu. La résistance au feu est définie en l'espèce comme étant la propriété permettant à un élément de conserver ses propriétés physiques et mécaniques, et notamment ses propriétés d'isolation électrique, pendant un zo temps défini lorsqu'il est exposé à de fortes chaleurs ou directement au feu. Ainsi, le(s) matériau(x) de la première couche 4 électriquement isolante est (sont) de préférence non inflammables et incombustibles. La première couche 4 électriquement isolante est préférentiellement composée de mica qui présente notamment l'avantage d'être ininflammable 25 et incombustible. La seconde couche 6 électriquement isolante est composée de polyéthylène du type XLPE (« Cross-linked polyethylene ») et/ou de polyéthylène du type LDPE (« Low-Density polyethylene » en langue anglaise ou polyéthylène à faible densité) et/ou du type TR XLPE (« Tree-Retardant Crosslinked 30 Polyethylene » en langue anglaise ou polyéthylène réticulé retardateur d'arborescence) et/ou de polyoléfine réticulé ou non. De manière préférentielle, le matériau ou l'ensemble des matériaux composant ladite première couche 4 électriquement isolante présente une -6- permittivité électrique distincte de ou supérieure à celle du (des) matériau(x) composant ladite seconde couche 6 électriquement isolante. De cette manière, dans une situation courante d'exploitation du câble 1, la première couche 4 et la seconde couche 6 électriquement isolante permettent d'atténuer l'intensité du champ électrique, assurant ainsi l'isolation du câble 1. Dans l'hypothèse où le câble 1 selon l'invention est exposé à un incendie, la seconde couche 6 électriquement isolante composée de XLPE est détruite sous l'effet de la chaleur ; par contre, la première couche 4 électriquement isolante composée de mica résiste au feu, ce qui assure avantageusement la continuité du fonctionnement du câble. Ainsi, de manière avantageuse, le câble 1 selon l'invention reste opérationnel pendant un temps défini lorsqu'il est soumis à de fortes chaleurs et/ou directement au feu. La capacité du câble 1 selon l'invention à résister au feu permet d'assurer une continuité de fonctionnement.15 REVENDICATIONS1. Câble (1) d'énergie et/ou de télécommunication, caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins un élément conducteur central (2) ; - une couche semi-conductrice interne (3) entourant l'élément conducteur central (2) ; - une première couche (4) électriquement isolante entourant ladite couche semi-conductrice interne (3) ; - une couche semi-conductrice de transition (5) entourant ladite première couche (4) électriquement isolante ; - une seconde couche (6) électriquement isolante entourant la couche semi-conductrice de transition (5) ; - une couche semi-conductrice externe (7) entourant ladite seconde couche (6) électriquement isolante. 2. Câble (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau ou l'ensemble des matériaux composant la première couche (4) électriquement isolante présente une permittivité électrique distincte de celle du (des) matériau(x) composant ladite seconde couche (6) électriquement isolante. 3. Câble (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau ou l'ensemble des matériaux composant la première couche (4) électriquement isolante présente une permittivité électrique supérieure à celle du (des) matériau(x) composant ladite seconde couche (6) électriquement isolante. 4. Câble (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce 30 que la première couche (4) électriquement isolante est composée d'un ou de plusieurs matériaux lui permettant d'être résistant au feu.-8- 5. Câble (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première couche (4) électriquement isolante est ininflammable et incombustible. 6. Câble (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première couche (4) électriquement isolante est composée de mica. 7. Câble (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde couche (6) électriquement isolante est composée de Io polyéthylène du type XLPE (« Cross-linked polyethylene »). 8. Câble (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde couche (6) électriquement isolante est composée de polyéthylène du type LDPE (« Low-Density polyethylene »). 15 9. Câble (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - une deuxième couche semi-conductrice de transition entourant la seconde couche (6) électriquement isolante ; 20 - une troisième couche électriquement isolante entourant la deuxième couche semi-conductrice de transition. 10. Câble (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte : 25 - un écran de protection externe conducteur entourant la couche semi- conductrice externe (7) ; - une gaine entourant ledit écran de protection externe.