CA2983376C - Cable de transmission de courant electrique et procede de fabrication d'un tel cable - Google Patents
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Abstract
Ce câble de transmission de courant électrique comporte un conducteur nu (10) non anodisé à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium présentant une surface spécifique externe hydrophile (S) destinée à être en contact avec le milieu atmosphérique et un volume intérieur (V) destiné à conduire un courant électrique. La surface spécifique externe (S) du conducteur nu (10) présente un premier paramètre de rugosité (R), défini en tant qu'écart moyen arithmétique mesurable par profilométrie de saillies et de creux par rapport à un profil moyen prédéterminé sur une longueur ou surface de référence, supérieur ou égal à 1,9 µm. En outre, le volume intérieur (V) du conducteur nu (10) présente, jusqu'à une profondeur (P) d'au moins 300 nm par rapport à la surface spécifique externe (S), un dopage en oxygène de ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium selon un taux supérieur ou égal à 20%.
Description
CABLE DE TRANSMISSION DE COURANT ELECTRIQUE ET PROCEDE DE
FABRICATION D'UN TEL CABLE
La présente invention concerne un câble de transmission de courant électrique. Elle concerne également un procédé de fabrication d'un tel câble.
Elle s'applique en particulier mais non exclusivement à la transmission par voie aérienne de courant électrique à haute tension HTB telle que définie selon la norme française NF C18-510. Selon cette norme, la haute tension HTB est définie comme étant strictement supérieure à 50 kV en courant alternatif et strictement supérieure à 75 kV en courant continu. En particulier, le domaine de tension HTB2, défini pour les tensions de 130 à 350 kV en courant alternatif, et le domaine de tension HTB3, défini pour les tensions de 350 à 500 kV, sont concernés par des applications possibles de l'invention.
Les lignes aériennes de transmission de courant électrique alternatif à haute tension sont généralement constituées de câbles de conducteurs nus mono ou multi brins en aluminium ou alliage d'aluminium montés sur pylônes et maintenus au-delà
d'une certaine hauteur minimale pour des raisons de sécurité liées à des gradients de potentiel élevés, notamment supérieurs à 10 kV/cm.
A la surface des conducteurs, un champ électrique superficiel apparaît si l'ouvrage est sous tension. Dès que ce champ électrique devient localement suffisamment élevé, notamment supérieur au champ d'ionisation de l'air humide, de l'ordre de 10 kV /cm, voire supérieur au champ d'ionisation de l'air sec, de l'ordre de kV/cm, l'air s'ionise en produisant une décharge électrique associée à un bruit caractéristique, ce phénomène étant appelé effet couronne. Cet effet est d'autant 25 plus marqué que les rayons de courbure locaux en surface externe des conducteurs et que l'hydrophilie de cette surface externe sont faibles.
Le problème de l'effet couronne est que le bruit engendré est gênant pour le voisinage, notamment par temps humide où il est particulièrement intense. De plus, il s'accompagne d'une perte d'énergie réduisant le rendement des lignes aériennes et 30 peut en outre présenter des risques sanitaires liés aux rayonnements électromagnétiques.
Par ailleurs, rehausser les pylônes de maintien des câbles, mettre les câbles sous terre, déplacer les ouvrages pour les éloigner des riverains potentiels, ne pas dépasser un gradient de potentiel superficiel prédéterminé, ou autres études, sont autant de solutions coûteuses ou irréalistes.
FABRICATION D'UN TEL CABLE
La présente invention concerne un câble de transmission de courant électrique. Elle concerne également un procédé de fabrication d'un tel câble.
Elle s'applique en particulier mais non exclusivement à la transmission par voie aérienne de courant électrique à haute tension HTB telle que définie selon la norme française NF C18-510. Selon cette norme, la haute tension HTB est définie comme étant strictement supérieure à 50 kV en courant alternatif et strictement supérieure à 75 kV en courant continu. En particulier, le domaine de tension HTB2, défini pour les tensions de 130 à 350 kV en courant alternatif, et le domaine de tension HTB3, défini pour les tensions de 350 à 500 kV, sont concernés par des applications possibles de l'invention.
Les lignes aériennes de transmission de courant électrique alternatif à haute tension sont généralement constituées de câbles de conducteurs nus mono ou multi brins en aluminium ou alliage d'aluminium montés sur pylônes et maintenus au-delà
d'une certaine hauteur minimale pour des raisons de sécurité liées à des gradients de potentiel élevés, notamment supérieurs à 10 kV/cm.
A la surface des conducteurs, un champ électrique superficiel apparaît si l'ouvrage est sous tension. Dès que ce champ électrique devient localement suffisamment élevé, notamment supérieur au champ d'ionisation de l'air humide, de l'ordre de 10 kV /cm, voire supérieur au champ d'ionisation de l'air sec, de l'ordre de kV/cm, l'air s'ionise en produisant une décharge électrique associée à un bruit caractéristique, ce phénomène étant appelé effet couronne. Cet effet est d'autant 25 plus marqué que les rayons de courbure locaux en surface externe des conducteurs et que l'hydrophilie de cette surface externe sont faibles.
Le problème de l'effet couronne est que le bruit engendré est gênant pour le voisinage, notamment par temps humide où il est particulièrement intense. De plus, il s'accompagne d'une perte d'énergie réduisant le rendement des lignes aériennes et 30 peut en outre présenter des risques sanitaires liés aux rayonnements électromagnétiques.
Par ailleurs, rehausser les pylônes de maintien des câbles, mettre les câbles sous terre, déplacer les ouvrages pour les éloigner des riverains potentiels, ne pas dépasser un gradient de potentiel superficiel prédéterminé, ou autres études, sont autant de solutions coûteuses ou irréalistes.
2 Une famille de solutions généralement explorées pour réduire l'effet couronne est alors d'augmenter la section d'un conducteur nu pour réduire l'effet du champ électrique superficiel, par exemple en augmentant le nombre de brins qui le constituent, en augmentant leur section, ou en séparant le conducteur en plusieurs faisceaux. Mais cela engendre généralement soit un surpoids et une prise au vent du câble pouvant être rédhibitoires, soit une réduction insuffisante de l'effet couronne.
Une autre famille de solutions consiste à couvrir, au moins partiellement, le conducteur nu, par exemple à l'aide d'une gaine en polymère semi-conducteur comme enseigné dans le brevet FR 2 990 047 B1, à l'aide d'une gaine plastique hydrophile comme enseigné dans le brevet FR 2 874 282 B1, à l'aide d'un revêtement textile absorbant comme enseigné dans le brevet FR 2 874 283 B1, ou autre. Ces solutions sont généralement coûteuses et engendrent parfois également un surpoids notable ainsi qu'un encombrement augmenté.
Il est donc préférable de maintenir le conducteur nu en contact direct avec le milieu atmosphérique tout en assurant une hydrophilie de sa surface spécifique externe aussi satisfaisante que possible. Par surface spécifique externe d'un conducteur, qu'il soit mono ou multi brins, on entend la superficie réelle de contact de la surface du conducteur avec le milieu atmosphérique extérieur par opposition à sa surface apparente cylindrique (dans le cas mono brin) ou quasi cylindrique (dans le cas multi brins).
L'invention s'applique ainsi plus particulièrement à un câble de transmission de courant électrique comportant un conducteur non anodisé à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium présentant une surface spécifique externe hydrophile destinée à
être en contact avec le milieu atmosphérique et un volume intérieur destiné à
conduire un courant électrique.
Un tel câble de transmission est décrit dans l'article de Straumann et al, intitulé Potential reduction of audible noise from new and aged overhead transmission line conductors by increasing their hydrophilicity , publié par le Cigré
(International Council on Large Electric Systems) en 2010 sous la référence B2-113.
II est en effet présenté dans cet article un câble à conducteur nu non anodisé
dont la surface spécifique externe est traitée à l'aide d'une pulvérisation par sablage de grains abrasifs tels que des billes de verre. Il est montré qu'un tel traitement augmente la rugosité et donc l'hydrophilie de la surface externe du conducteur. Les résultats en termes de réduction de l'effet couronne méritent cependant d'être
Une autre famille de solutions consiste à couvrir, au moins partiellement, le conducteur nu, par exemple à l'aide d'une gaine en polymère semi-conducteur comme enseigné dans le brevet FR 2 990 047 B1, à l'aide d'une gaine plastique hydrophile comme enseigné dans le brevet FR 2 874 282 B1, à l'aide d'un revêtement textile absorbant comme enseigné dans le brevet FR 2 874 283 B1, ou autre. Ces solutions sont généralement coûteuses et engendrent parfois également un surpoids notable ainsi qu'un encombrement augmenté.
Il est donc préférable de maintenir le conducteur nu en contact direct avec le milieu atmosphérique tout en assurant une hydrophilie de sa surface spécifique externe aussi satisfaisante que possible. Par surface spécifique externe d'un conducteur, qu'il soit mono ou multi brins, on entend la superficie réelle de contact de la surface du conducteur avec le milieu atmosphérique extérieur par opposition à sa surface apparente cylindrique (dans le cas mono brin) ou quasi cylindrique (dans le cas multi brins).
L'invention s'applique ainsi plus particulièrement à un câble de transmission de courant électrique comportant un conducteur non anodisé à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium présentant une surface spécifique externe hydrophile destinée à
être en contact avec le milieu atmosphérique et un volume intérieur destiné à
conduire un courant électrique.
Un tel câble de transmission est décrit dans l'article de Straumann et al, intitulé Potential reduction of audible noise from new and aged overhead transmission line conductors by increasing their hydrophilicity , publié par le Cigré
(International Council on Large Electric Systems) en 2010 sous la référence B2-113.
II est en effet présenté dans cet article un câble à conducteur nu non anodisé
dont la surface spécifique externe est traitée à l'aide d'une pulvérisation par sablage de grains abrasifs tels que des billes de verre. Il est montré qu'un tel traitement augmente la rugosité et donc l'hydrophilie de la surface externe du conducteur. Les résultats en termes de réduction de l'effet couronne méritent cependant d'être
3 améliorés car ils sont insuffisants. Notamment, l'augmentation de la rugosité
à l'aide du procédé de fabrication enseigné dans ce document est limitée.
Il peut ainsi être souhaité de concevoir un câble de transmission de courant électrique qui permette de s'affranchir d'au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
Il est donc proposé un câble de transmission de courant électrique comportant un conducteur nu non anodisé à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium présentant une surface spécifique externe hydrophile destinée à être en contact avec le milieu atmosphérique et un volume intérieur destiné à conduire un courant électrique, dans lequel :
- la surface spécifique externe du conducteur nu présente un premier paramètre de rugosité, défini en tant qu'écart moyen arithmétique mesurable par profilométrie de saillies et de creux par rapport à un profil moyen prédéterminé sur une longueur ou surface de référence, supérieur ou égal à 1,9 prn, et - le volume intérieur du conducteur nu présente, jusqu'à une profondeur d'au moins 300 nm par rapport à la surface spécifique externe, un dopage en oxygène de ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium selon un taux supérieur ou égal à 20%.
Ainsi, en combinant une augmentation significative de la rugosité telle que définie précédemment (sachant que la rugosité externe d'un câble neuf exprimée selon le même paramètre est en général de l'ordre de 0,5 lm) et un dopage en profondeur du conducteur en oxyde d'aluminium suffisant, il a été observé que de façon surprenante l'effet couronne est très sensiblement réduit, notamment dans des proportions nettement plus importantes que celles visiblement constatées dans l'article précité de Straumann et al, tout cela sans augmenter le poids et la section du câble. Cela peut s'expliquer par le fait que le dopage en oxygène, permettant de retenir le courant électrique transporté dans le volume intérieur du conducteur de manière à réduire le champ électrique en surface, combiné à une augmentation de rugosité de la surface spécifique externe, faisant s'étaler les gouttes d'eau à la surface du conducteur par temps humide, et ainsi réduisant les effets de pointe et donc le risque de décharge électrique, engendre un effet technique décuplant la réduction de l'effet couronne et des pertes associées.
De façon optionnelle, le premier paramètre de rugosité est plus précisément compris dans l'intervalle [1,9 lm ; 25 prn], par exemple égal à 2,8 lm 0,9 jim.
à l'aide du procédé de fabrication enseigné dans ce document est limitée.
Il peut ainsi être souhaité de concevoir un câble de transmission de courant électrique qui permette de s'affranchir d'au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
Il est donc proposé un câble de transmission de courant électrique comportant un conducteur nu non anodisé à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium présentant une surface spécifique externe hydrophile destinée à être en contact avec le milieu atmosphérique et un volume intérieur destiné à conduire un courant électrique, dans lequel :
- la surface spécifique externe du conducteur nu présente un premier paramètre de rugosité, défini en tant qu'écart moyen arithmétique mesurable par profilométrie de saillies et de creux par rapport à un profil moyen prédéterminé sur une longueur ou surface de référence, supérieur ou égal à 1,9 prn, et - le volume intérieur du conducteur nu présente, jusqu'à une profondeur d'au moins 300 nm par rapport à la surface spécifique externe, un dopage en oxygène de ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium selon un taux supérieur ou égal à 20%.
Ainsi, en combinant une augmentation significative de la rugosité telle que définie précédemment (sachant que la rugosité externe d'un câble neuf exprimée selon le même paramètre est en général de l'ordre de 0,5 lm) et un dopage en profondeur du conducteur en oxyde d'aluminium suffisant, il a été observé que de façon surprenante l'effet couronne est très sensiblement réduit, notamment dans des proportions nettement plus importantes que celles visiblement constatées dans l'article précité de Straumann et al, tout cela sans augmenter le poids et la section du câble. Cela peut s'expliquer par le fait que le dopage en oxygène, permettant de retenir le courant électrique transporté dans le volume intérieur du conducteur de manière à réduire le champ électrique en surface, combiné à une augmentation de rugosité de la surface spécifique externe, faisant s'étaler les gouttes d'eau à la surface du conducteur par temps humide, et ainsi réduisant les effets de pointe et donc le risque de décharge électrique, engendre un effet technique décuplant la réduction de l'effet couronne et des pertes associées.
De façon optionnelle, le premier paramètre de rugosité est plus précisément compris dans l'intervalle [1,9 lm ; 25 prn], par exemple égal à 2,8 lm 0,9 jim.
4 De façon optionnelle également, le dopage du volume intérieur varie selon une décroissance monotone en taux d'oxyde d'aluminium de plus de 80% à plus de 20% depuis la surface spécifique externe jusqu'à ladite profondeur d'au moins nm.
De façon optionnelle également, la surface spécifique externe du conducteur nu présente en outre un deuxième paramètre de rugosité, défini en tant qu'écart maximal mesurable par profilométrie entre la plus haute des saillies et le plus profond des creux sur une longueur ou surface de référence, inférieur ou égal à 42 jim.
De façon optionnelle également, le deuxième paramètre de rugosité est plus précisément compris dans l'intervalle [25 lm ; 42 pm], par exemple égal à 35,6 lm
De façon optionnelle également, la surface spécifique externe du conducteur nu présente en outre un deuxième paramètre de rugosité, défini en tant qu'écart maximal mesurable par profilométrie entre la plus haute des saillies et le plus profond des creux sur une longueur ou surface de référence, inférieur ou égal à 42 jim.
De façon optionnelle également, le deuxième paramètre de rugosité est plus précisément compris dans l'intervalle [25 lm ; 42 pm], par exemple égal à 35,6 lm
5,9 prn.
De façon optionnelle également, la surface spécifique externe du conducteur nu présente en outre un troisième paramètre de rugosité, défini en tant qu'écart moyen quadratique mesurable par profilométrie de saillies et de creux par rapport à
un profil moyen prédéterminé sur une longueur ou surface de référence, supérieur ou égal à 2,5 prn, notamment compris dans l'intervalle [2,5 lm ; 25 pm], par exemple égal à 3,6 lm 1,1 prn.
De façon optionnelle également, la surface spécifique externe du conducteur nu présente en outre un quatrième paramètre de rugosité, défini en tant que densité
de pics mesurable par profilométrie sur une surface de référence, compris dans l'intervalle [0,00014 /prn2 ; 0,0005 /prn2].
De façon optionnelle également, la surface spécifique externe du conducteur nu présente en outre un cinquième paramètre de rugosité, défini en tant que moyenne arithmétique des rayons de courbures de pics, cette moyenne étant mesurable par profilométrie sur une surface de référence, compris dans l'intervalle [0,05 /prn ; 0,35 /prn].
De façon optionnelle également, la surface spécifique externe du conducteur nu présente en outre un sixième paramètre de rugosité, défini en tant que dimension fractale de Minkowski-Bouligand mesurable par profilométrie sur une surface de référence, compris dans l'intervalle [2,44 ; 3].
De façon optionnelle également, le conducteur nu comporte une pluralité de brins en aluminium ou en alliage d'aluminium disposés en toron et en couches concentriques de sens alternés autour d'un brin formant l'axe longitudinal du câble, ces brins étant à sections de formes prédéterminées telles que des sections circulaires, trapézoïdales ou en Z .
De façon optionnelle également, le conducteur nu est:
- en alliage d'aluminium, de magnésium et de silicium, notamment en almelec, - en alliage d'aluminium et de zirconium, ou 5 - en aluminium recuit.
De façon optionnelle également, un câble de transmission de courant électrique selon l'invention est aérien et monté sur pylônes pour la transmission de courant électrique à haute tension HTB définie selon la norme NF 018-510.
Il est également proposé un procédé de fabrication d'un câble de transmission de courant électrique comportant un conducteur nu non anodisé à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium présentant une surface spécifique externe hydrophile destinée à être en contact avec le milieu atmosphérique et un volume intérieur destiné à conduire un courant électrique, ce procédé comportant une étape de pulvérisation par sablage de grains abrasifs contre la surface spécifique externe du conducteur nu, dans lequel la pulvérisation par sablage est réalisée à l'aide de grains abrasifs comportant de l'oxyde d'aluminium de manière à:
- augmenter un premier paramètre de rugosité de la surface spécifique externe du conducteur nu, ce premier paramètre de rugosité étant défini en tant qu'écart moyen arithmétique mesurable par profilométrie de saillies et de creux par rapport à un profil moyen prédéterminé sur une longueur ou surface de référence, jusqu'à une valeur supérieure ou égale à 1,9 prn, et - doper, par adsorption en atomes d'oxygène issus des grains abrasifs pulvérisés, le volume intérieur du conducteur nu de sorte qu'il présente, jusqu'à une profondeur d'au moins 300 nm par rapport à la surface spécifique externe, un dopage en oxygène de ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium selon un taux supérieur ou égal à
20%.
De façon optionnelle, la pulvérisation par sablage est réalisée à l'aide de grains abrasifs de corindon.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement une portion de câble de transmission de courant électrique avec un agrandissement d'une partie de
De façon optionnelle également, la surface spécifique externe du conducteur nu présente en outre un troisième paramètre de rugosité, défini en tant qu'écart moyen quadratique mesurable par profilométrie de saillies et de creux par rapport à
un profil moyen prédéterminé sur une longueur ou surface de référence, supérieur ou égal à 2,5 prn, notamment compris dans l'intervalle [2,5 lm ; 25 pm], par exemple égal à 3,6 lm 1,1 prn.
De façon optionnelle également, la surface spécifique externe du conducteur nu présente en outre un quatrième paramètre de rugosité, défini en tant que densité
de pics mesurable par profilométrie sur une surface de référence, compris dans l'intervalle [0,00014 /prn2 ; 0,0005 /prn2].
De façon optionnelle également, la surface spécifique externe du conducteur nu présente en outre un cinquième paramètre de rugosité, défini en tant que moyenne arithmétique des rayons de courbures de pics, cette moyenne étant mesurable par profilométrie sur une surface de référence, compris dans l'intervalle [0,05 /prn ; 0,35 /prn].
De façon optionnelle également, la surface spécifique externe du conducteur nu présente en outre un sixième paramètre de rugosité, défini en tant que dimension fractale de Minkowski-Bouligand mesurable par profilométrie sur une surface de référence, compris dans l'intervalle [2,44 ; 3].
De façon optionnelle également, le conducteur nu comporte une pluralité de brins en aluminium ou en alliage d'aluminium disposés en toron et en couches concentriques de sens alternés autour d'un brin formant l'axe longitudinal du câble, ces brins étant à sections de formes prédéterminées telles que des sections circulaires, trapézoïdales ou en Z .
De façon optionnelle également, le conducteur nu est:
- en alliage d'aluminium, de magnésium et de silicium, notamment en almelec, - en alliage d'aluminium et de zirconium, ou 5 - en aluminium recuit.
De façon optionnelle également, un câble de transmission de courant électrique selon l'invention est aérien et monté sur pylônes pour la transmission de courant électrique à haute tension HTB définie selon la norme NF 018-510.
Il est également proposé un procédé de fabrication d'un câble de transmission de courant électrique comportant un conducteur nu non anodisé à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium présentant une surface spécifique externe hydrophile destinée à être en contact avec le milieu atmosphérique et un volume intérieur destiné à conduire un courant électrique, ce procédé comportant une étape de pulvérisation par sablage de grains abrasifs contre la surface spécifique externe du conducteur nu, dans lequel la pulvérisation par sablage est réalisée à l'aide de grains abrasifs comportant de l'oxyde d'aluminium de manière à:
- augmenter un premier paramètre de rugosité de la surface spécifique externe du conducteur nu, ce premier paramètre de rugosité étant défini en tant qu'écart moyen arithmétique mesurable par profilométrie de saillies et de creux par rapport à un profil moyen prédéterminé sur une longueur ou surface de référence, jusqu'à une valeur supérieure ou égale à 1,9 prn, et - doper, par adsorption en atomes d'oxygène issus des grains abrasifs pulvérisés, le volume intérieur du conducteur nu de sorte qu'il présente, jusqu'à une profondeur d'au moins 300 nm par rapport à la surface spécifique externe, un dopage en oxygène de ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium selon un taux supérieur ou égal à
20%.
De façon optionnelle, la pulvérisation par sablage est réalisée à l'aide de grains abrasifs de corindon.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement une portion de câble de transmission de courant électrique avec un agrandissement d'une partie de
6 la surface spécifique externe de son conducteur, selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 illustre les étapes successives d'un procédé de fabrication du câble de la figure 1, selon un mode de réalisation de l'invention, - les figures 3A, 3B et 30 illustrent des photos de portions de câbles prises avant et après exécution d'une étape de pulvérisation par sablage du procédé de fabrication de la figure 2, - les figures 4A, 4B et 40 sont des diagrammes tridimensionnels illustrant des profils de rugosités correspondant respectivement aux câbles des figures 3A, 3B et 30, - les figures 5A, 5B et 50 sont des diagrammes illustrant des variations de taux d'oxydes d'aluminium dans le volume intérieur de conducteurs correspondant respectivement aux câbles des figures 3A, 3B et 30.
La portion de câble illustrée sur la figure 1 est constituée d'un conducteur nu 10 comportant lui-même plusieurs brins conducteurs disposés en torons et en couches concentriques de sens alternés, ces brins étant à sections de formes prédéterminées telles que des sections circulaires, trapézoïdales ou en Z
. Cette structure, conforme aux normes européennes EN 50182, EN 50540 et EN 62219 est celle généralement retenue pour les câbles de transmission de courant électrique à
haute tension HTB qui présentent un diamètre de quelques centimètres. A titre d'exemple, un conducteur nu référencé 570-AL4 selon cette norme présente 61 brins en almelec (alliage d'aluminium, de magnésium et de silicium) de sections circulaires 3,45 mm disposés en quatre couches autour d'un brin central pour un diamètre total de 31,05 mm avec une tolérance de 1%. A titre d'exemple également, correspondant par ailleurs à l'illustration de la figure 1, un conducteur nu référencé 288-AL4 selon cette norme présente 37 brins en almelec de sections circulaires 2,80 mm disposés en trois couches autour d'un brin central pour un diamètre total de 19,6 mm avec une tolérance de 1%. D'autres configurations et matériaux à base d'aluminium, d'aluminium recuit ou d'alliage d'aluminium (par exemple en almelec ou en alliage d'aluminium et de zirconium) sont encore possibles selon les normes EN 50182, EN
50540 et EN 62219. Plus précisément, le conducteur nu 10 référencé 288-AL4 comporte un brin central 12 formant l'axe longitudinal du câble, une première couche de six brins 14 disposés en toron autour du brin central 12, une deuxième couche de douze brins 16 disposés en toron autour de la première couche en sens inverse et
La portion de câble illustrée sur la figure 1 est constituée d'un conducteur nu 10 comportant lui-même plusieurs brins conducteurs disposés en torons et en couches concentriques de sens alternés, ces brins étant à sections de formes prédéterminées telles que des sections circulaires, trapézoïdales ou en Z
. Cette structure, conforme aux normes européennes EN 50182, EN 50540 et EN 62219 est celle généralement retenue pour les câbles de transmission de courant électrique à
haute tension HTB qui présentent un diamètre de quelques centimètres. A titre d'exemple, un conducteur nu référencé 570-AL4 selon cette norme présente 61 brins en almelec (alliage d'aluminium, de magnésium et de silicium) de sections circulaires 3,45 mm disposés en quatre couches autour d'un brin central pour un diamètre total de 31,05 mm avec une tolérance de 1%. A titre d'exemple également, correspondant par ailleurs à l'illustration de la figure 1, un conducteur nu référencé 288-AL4 selon cette norme présente 37 brins en almelec de sections circulaires 2,80 mm disposés en trois couches autour d'un brin central pour un diamètre total de 19,6 mm avec une tolérance de 1%. D'autres configurations et matériaux à base d'aluminium, d'aluminium recuit ou d'alliage d'aluminium (par exemple en almelec ou en alliage d'aluminium et de zirconium) sont encore possibles selon les normes EN 50182, EN
50540 et EN 62219. Plus précisément, le conducteur nu 10 référencé 288-AL4 comporte un brin central 12 formant l'axe longitudinal du câble, une première couche de six brins 14 disposés en toron autour du brin central 12, une deuxième couche de douze brins 16 disposés en toron autour de la première couche en sens inverse et
7 une troisième couche de dix-huit brins 18 disposés en toron autour de la deuxième couche en sens inverse.
Les brins 12, 14, 16 et 18 sont enserrés de telle sorte que seule une portion de surface de chaque brin 18 appartenant à la troisième et dernière couche est en contact avec le milieu atmosphérique pour former la surface spécifique externe du conducteur nu 10. Le reste des brins 12, 14, 16 et 18 forme un volume intérieur du câble, destiné à conduire un courant électrique.
Il convient en outre de noter que le conducteur nu 10 n'est pas anodisé. Cela signifie qu'il n'a pas subi de traitement de sa surface spécifique externe visant à la couvrir d'une couche supplémentaire protectrice et isolante par oxydation anodique.
En revanche, un agrandissement d'une partie 20 de la surface spécifique externe S du conducteur 10 sur une certaine profondeur P de son volume intérieur V
montre que :
- la surface spécifique externe S du conducteur 10 présente une rugosité R
d'une certaine ampleur lui donnant ainsi une certaine hydrophilie, et - le volume intérieur V du conducteur 10 présente, jusqu'à une profondeur P
par rapport à la surface spécifique externe S, un dopage en oxygène de ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium selon un taux supérieur à une certaine valeur prédéterminée.
En ce qui concerne la rugosité R, il existe un grand nombre de paramètres pour l'exprimer. Parmi ceux-ci, certains sont définis par des normes internationales. Il s'agit par exemple des paramètres suivants :
- un premier paramètre de rugosité défini en tant qu'écart moyen arithmétique mesurable par prof ilométrie de saillies et creux par rapport à
un profil moyen prédéterminé sur une longueur ou surface de référence :
un tel premier paramètre de rugosité est précisément défini pour un profil bidimensionnel sur une longueur de référence dite longueur de base par la norme internationale ISO 4287 et porte la référence Ra; il est en outre précisément défini pour un profil tridimensionnel sur une surface de base dite surface à échelle limitée par la norme internationale ISO
25178-2 et porte la référence Sa, - un deuxième paramètre de rugosité défini en tant qu'écart maximal mesurable par profilométrie entre la plus haute des saillies et le plus profond des creux sur une longueur ou surface de référence : un tel deuxième paramètre de rugosité est précisément défini pour un profil
Les brins 12, 14, 16 et 18 sont enserrés de telle sorte que seule une portion de surface de chaque brin 18 appartenant à la troisième et dernière couche est en contact avec le milieu atmosphérique pour former la surface spécifique externe du conducteur nu 10. Le reste des brins 12, 14, 16 et 18 forme un volume intérieur du câble, destiné à conduire un courant électrique.
Il convient en outre de noter que le conducteur nu 10 n'est pas anodisé. Cela signifie qu'il n'a pas subi de traitement de sa surface spécifique externe visant à la couvrir d'une couche supplémentaire protectrice et isolante par oxydation anodique.
En revanche, un agrandissement d'une partie 20 de la surface spécifique externe S du conducteur 10 sur une certaine profondeur P de son volume intérieur V
montre que :
- la surface spécifique externe S du conducteur 10 présente une rugosité R
d'une certaine ampleur lui donnant ainsi une certaine hydrophilie, et - le volume intérieur V du conducteur 10 présente, jusqu'à une profondeur P
par rapport à la surface spécifique externe S, un dopage en oxygène de ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium selon un taux supérieur à une certaine valeur prédéterminée.
En ce qui concerne la rugosité R, il existe un grand nombre de paramètres pour l'exprimer. Parmi ceux-ci, certains sont définis par des normes internationales. Il s'agit par exemple des paramètres suivants :
- un premier paramètre de rugosité défini en tant qu'écart moyen arithmétique mesurable par prof ilométrie de saillies et creux par rapport à
un profil moyen prédéterminé sur une longueur ou surface de référence :
un tel premier paramètre de rugosité est précisément défini pour un profil bidimensionnel sur une longueur de référence dite longueur de base par la norme internationale ISO 4287 et porte la référence Ra; il est en outre précisément défini pour un profil tridimensionnel sur une surface de base dite surface à échelle limitée par la norme internationale ISO
25178-2 et porte la référence Sa, - un deuxième paramètre de rugosité défini en tant qu'écart maximal mesurable par profilométrie entre la plus haute des saillies et le plus profond des creux sur une longueur ou surface de référence : un tel deuxième paramètre de rugosité est précisément défini pour un profil
8 bidimensionnel sur une longueur de référence dite longueur de base par la norme internationale ISO 4287 et porte la référence Rz ; il est en outre précisément défini pour un profil tridimensionnel sur une surface de base dite surface à échelle limitée par la norme internationale ISO
25178-2 et porte la référence Sz, - un troisième paramètre de rugosité défini en tant qu'écart moyen quadratique mesurable par prof ilométrie de saillies et de creux par rapport à un profil moyen prédéterminé sur une longueur ou surface de référence :
un tel troisième paramètre de rugosité est précisément défini pour un profil bidimensionnel sur une longueur de référence dite longueur de base par la norme internationale ISO 4287 et porte la référence Rq ; il est en outre précisément défini pour un profil tridimensionnel sur une surface de base dite surface à échelle limitée par la norme internationale ISO
25178-2 et porte la référence Sq, - un quatrième paramètre de rugosité défini en tant que densité de pics, c'est-à-dire en tant que nombre de pics par unité de surface, mesurable par profilométrie sur tout ou partie de la surface spécifique externe S du conducteur 10 : un tel quatrième paramètre de rugosité est précisément défini pour un profil tridimensionnel par la norme internationale ISO 25178-2 et porte la référence Spd, - un cinquième paramètre de rugosité défini en tant que moyenne arithmétique des rayons de courbures de pics à l'intérieur d'une zone de définition, cette moyenne étant mesurable par profilométrie sur tout ou partie de la surface spécifique externe S du conducteur 10 : un tel cinquième paramètre de rugosité est précisément défini pour un profil tridimensionnel par la norme internationale ISO 25178-2 et porte la référence Spc ; il peut notamment être défini sur la surface de base dite surface à échelle limitée de cette norme.
Les trois premiers paramètres sont des paramètres d'amplitude en hauteur exprimables sous la forme d'expressions mathématiques. Ainsi, en notant Iref la longueur de base conforme à la norme ISO 4287, Aret l'aire de la surface à
échelle limitée conforme à la norme ISO 25178-2, z(x) ou z(x,y) la hauteur en un point du profil bidimensionnel ou tridimensionnel considéré, il vient :
1 /ire/.
Ra = ¨, = lz(x)Idx , lref 0
25178-2 et porte la référence Sz, - un troisième paramètre de rugosité défini en tant qu'écart moyen quadratique mesurable par prof ilométrie de saillies et de creux par rapport à un profil moyen prédéterminé sur une longueur ou surface de référence :
un tel troisième paramètre de rugosité est précisément défini pour un profil bidimensionnel sur une longueur de référence dite longueur de base par la norme internationale ISO 4287 et porte la référence Rq ; il est en outre précisément défini pour un profil tridimensionnel sur une surface de base dite surface à échelle limitée par la norme internationale ISO
25178-2 et porte la référence Sq, - un quatrième paramètre de rugosité défini en tant que densité de pics, c'est-à-dire en tant que nombre de pics par unité de surface, mesurable par profilométrie sur tout ou partie de la surface spécifique externe S du conducteur 10 : un tel quatrième paramètre de rugosité est précisément défini pour un profil tridimensionnel par la norme internationale ISO 25178-2 et porte la référence Spd, - un cinquième paramètre de rugosité défini en tant que moyenne arithmétique des rayons de courbures de pics à l'intérieur d'une zone de définition, cette moyenne étant mesurable par profilométrie sur tout ou partie de la surface spécifique externe S du conducteur 10 : un tel cinquième paramètre de rugosité est précisément défini pour un profil tridimensionnel par la norme internationale ISO 25178-2 et porte la référence Spc ; il peut notamment être défini sur la surface de base dite surface à échelle limitée de cette norme.
Les trois premiers paramètres sont des paramètres d'amplitude en hauteur exprimables sous la forme d'expressions mathématiques. Ainsi, en notant Iref la longueur de base conforme à la norme ISO 4287, Aret l'aire de la surface à
échelle limitée conforme à la norme ISO 25178-2, z(x) ou z(x,y) la hauteur en un point du profil bidimensionnel ou tridimensionnel considéré, il vient :
1 /ire/.
Ra = ¨, = lz(x)Idx , lref 0
9 PCT/FR2016/050973 Sa = ¨ = if lz (x, y)Idxdy , Are/.
Aref R, = Max(z(x)) ¨ Min(z(x)) , lref Ire f Sz = Max(z(x, y)) ¨ Min(z(x, y)) , Aref Aref i 1 __________ firef R = ¨ = z2 (x)dx ,et q iref 0 =
\ 1 Sq ¨ = if z2 (x, y)dxdy .
!
Aref Are f Un sixième paramètre de rugosité pertinent est défini en tant que dimension fractale de Minkowski-Bouligand ou dimension de comptage de cases (de l'anglais box-counting ). Il s'agit d'un paramètre sans dimension portant généralement la référence Sfd et défini de manière très précise par exemple dans l'ouvrage de Falconer intitulé Fractal geometry: mathematical foundations and applications , publié par Wiley en 1990 (1' édition) et 2003 (2 édition). Il est également évoqué en annexe B de la norme internationale ISO 25178-2. Il est mesurable par prof ilométrie sur tout ou partie de la surface spécifique externe S du conducteur 10. Il caractérise la rugosité par un calcul réalisé à partir de la pente du graphe d'échelle défini lui-même comme le graphe logarithmique des volumes compris entre les enveloppes morphologiques obtenues par fermeture et ouverture d'une surface considérée à l'aide d'un élément structurant plat en fonction du logarithme de la taille de cet élément structurant plat.
Conformément à l'invention, la rugosité R de la surface spécifique externe du conducteur nu 10, exprimée en fonction du premier paramètre Ra ou Sa, est supérieure ou égale à 1,9 lm et le volume intérieur V du conducteur nu 10 présente, jusqu'à une profondeur d'au moins P = 300 nm par rapport à la surface spécifique externe S, un dopage en oxygène de ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium selon un taux supérieur ou égal à 20%, de préférence même supérieur à 30%, voire 35% ou plus. Le dopage en oxygène considéré produit de l'oxyde d'aluminium, plus précisément de l'alumine de formule chimique A1203.
De façon équivalente, la rugosité R de la surface spécifique externe du conducteur nu
Aref R, = Max(z(x)) ¨ Min(z(x)) , lref Ire f Sz = Max(z(x, y)) ¨ Min(z(x, y)) , Aref Aref i 1 __________ firef R = ¨ = z2 (x)dx ,et q iref 0 =
\ 1 Sq ¨ = if z2 (x, y)dxdy .
!
Aref Are f Un sixième paramètre de rugosité pertinent est défini en tant que dimension fractale de Minkowski-Bouligand ou dimension de comptage de cases (de l'anglais box-counting ). Il s'agit d'un paramètre sans dimension portant généralement la référence Sfd et défini de manière très précise par exemple dans l'ouvrage de Falconer intitulé Fractal geometry: mathematical foundations and applications , publié par Wiley en 1990 (1' édition) et 2003 (2 édition). Il est également évoqué en annexe B de la norme internationale ISO 25178-2. Il est mesurable par prof ilométrie sur tout ou partie de la surface spécifique externe S du conducteur 10. Il caractérise la rugosité par un calcul réalisé à partir de la pente du graphe d'échelle défini lui-même comme le graphe logarithmique des volumes compris entre les enveloppes morphologiques obtenues par fermeture et ouverture d'une surface considérée à l'aide d'un élément structurant plat en fonction du logarithme de la taille de cet élément structurant plat.
Conformément à l'invention, la rugosité R de la surface spécifique externe du conducteur nu 10, exprimée en fonction du premier paramètre Ra ou Sa, est supérieure ou égale à 1,9 lm et le volume intérieur V du conducteur nu 10 présente, jusqu'à une profondeur d'au moins P = 300 nm par rapport à la surface spécifique externe S, un dopage en oxygène de ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium selon un taux supérieur ou égal à 20%, de préférence même supérieur à 30%, voire 35% ou plus. Le dopage en oxygène considéré produit de l'oxyde d'aluminium, plus précisément de l'alumine de formule chimique A1203.
De façon équivalente, la rugosité R de la surface spécifique externe du conducteur nu
10, exprimée en fonction du troisième paramètre Rq ou Sq, est avantageusement supérieure ou égale à 2,5 prn, de préférence même comprise dans l'intervalle [2,5 iirn ; 25 iim], par exemple égale à 3,6 lm 1,1 iim. Enfin, de façon optionnelle et avantageuse également, la rugosité R de la surface spécifique externe du conducteur nu 10, exprimée en fonction du deuxième paramètre Rz ou Sz, est avantageusement inférieure ou égale à 42 iim.
5 Conformément à l'invention également, il est encore plus avantageux que la rugosité R de la surface spécifique externe du conducteur nu 10, exprimée en fonction du quatrième paramètre Spd, soit comprise dans l'intervalle [0,00014 / m2 ;
0,0005 / m2], ceci sur toute la surface spécifique externe. Un tel paramètre est caractéristique de l'homogénéité de surface du conducteur. Lorsqu'il est compris 10 dans cet intervalle [0,00014 / m2 ; 0,0005 / m2], il engendre une diminution du bruit et des pertes par effet couronne.
Il est également encore plus avantageux que la rugosité R de la surface spécifique externe du conducteur nu 10, exprimée en fonction du cinquième paramètre Spc, soit comprise dans l'intervalle [0,05 / rn ; 0,35 / rn]. Ce paramètre est important car il permet de déterminer si le sommet d'un pic est aigu ou non.
Plus sa valeur est grande, plus le pic est en forme de pointe effilée tandis que plus sa valeur est petite, plus son rayon de courbure est grand.
Il est également encore plus avantageux que la rugosité R de la surface spécifique externe du conducteur nu 10, exprimée en fonction du sixième paramètre Sfd de dimension fractale de Minkowski-Bouligand, soit comprise dans l'intervalle [2,44 ; 3].
Il a en effet été remarqué qu'avec ces propriétés (au moins Ra ou Sa supérieur ou égal à 1,9 lm en ce qui concerne la rugosité) de rugosité élevée et de dopage en profondeur en oxygène, l'effet couronne produit par le conducteur nu en cours d'utilisation pour le transport d'électricité à haute tension HTB est très sensiblement réduit, engendrant ainsi moins de bruit, par temps sec ou humide, et moins de pertes en ligne.
En particulier, le dopage en oxygène introduit une barrière électronique ou bande interdite empêchant les électrons de sortir du conducteur 10, l'alumine présentant par exemple une résistivité de l'ordre de 1019 Q.cm à 287 K lorsque l'aluminium pur et l'almelec présentent une résistivité de l'ordre de 3.10-9 Q.m à 300 K.
De façon optionnelle, il est encore plus avantageux que le premier paramètre Ra ou Sa exprimant la rugosité R du conducteur nu 10 soit compris dans l'intervalle [1,9 lm ; 25 iim], par exemple égal à 2,8 iim 0,9 iim.
5 Conformément à l'invention également, il est encore plus avantageux que la rugosité R de la surface spécifique externe du conducteur nu 10, exprimée en fonction du quatrième paramètre Spd, soit comprise dans l'intervalle [0,00014 / m2 ;
0,0005 / m2], ceci sur toute la surface spécifique externe. Un tel paramètre est caractéristique de l'homogénéité de surface du conducteur. Lorsqu'il est compris 10 dans cet intervalle [0,00014 / m2 ; 0,0005 / m2], il engendre une diminution du bruit et des pertes par effet couronne.
Il est également encore plus avantageux que la rugosité R de la surface spécifique externe du conducteur nu 10, exprimée en fonction du cinquième paramètre Spc, soit comprise dans l'intervalle [0,05 / rn ; 0,35 / rn]. Ce paramètre est important car il permet de déterminer si le sommet d'un pic est aigu ou non.
Plus sa valeur est grande, plus le pic est en forme de pointe effilée tandis que plus sa valeur est petite, plus son rayon de courbure est grand.
Il est également encore plus avantageux que la rugosité R de la surface spécifique externe du conducteur nu 10, exprimée en fonction du sixième paramètre Sfd de dimension fractale de Minkowski-Bouligand, soit comprise dans l'intervalle [2,44 ; 3].
Il a en effet été remarqué qu'avec ces propriétés (au moins Ra ou Sa supérieur ou égal à 1,9 lm en ce qui concerne la rugosité) de rugosité élevée et de dopage en profondeur en oxygène, l'effet couronne produit par le conducteur nu en cours d'utilisation pour le transport d'électricité à haute tension HTB est très sensiblement réduit, engendrant ainsi moins de bruit, par temps sec ou humide, et moins de pertes en ligne.
En particulier, le dopage en oxygène introduit une barrière électronique ou bande interdite empêchant les électrons de sortir du conducteur 10, l'alumine présentant par exemple une résistivité de l'ordre de 1019 Q.cm à 287 K lorsque l'aluminium pur et l'almelec présentent une résistivité de l'ordre de 3.10-9 Q.m à 300 K.
De façon optionnelle, il est encore plus avantageux que le premier paramètre Ra ou Sa exprimant la rugosité R du conducteur nu 10 soit compris dans l'intervalle [1,9 lm ; 25 iim], par exemple égal à 2,8 iim 0,9 iim.
11 De façon optionnelle également, il est encore plus avantageux que le deuxième paramètre Rz ou Sz exprimant la rugosité R du conducteur nu 10 soit compris dans l'intervalle [25 lm ; 42 prn], par exemple égal à 35,6 lm 5,9 prn.
De façon optionnelle également, il est encore plus avantageux que le dopage en oxygène du volume intérieur V du conducteur nu 10 varie selon une décroissance monotone en taux d'oxyde d'aluminium de plus de 80% à plus de 20%, de préférence même de plus de 80% à plus de 30%, voire de plus de 80% à plus de 35%, depuis la surface spécifique externe S jusqu'à ladite profondeur d'au moins P = 300 nm.
Un procédé de fabrication d'un câble de transmission de courant électrique tels que celui partiellement illustré sur la figure 1 va maintenant être détaillé en référence à la figure 2.
Au cours d'une première étape 100, le câble comportant le conducteur nu 10 est fabriqué par tréfilage et toronnage selon une technologie bien connue qui ne sera pas détaillée mais qui permet d'obtenir un câble conforme aux spécifications de la norme EN 50182, EN 50540 ou EN 62219.
Ensuite, au cours d'une étape de pulvérisation 102, la surface spécifique externe du câble obtenu est traitée par sablage, c'est-à-dire par pulvérisation sous pression, de grains abrasifs comportant de l'oxyde d'aluminium, par exemple des grains abrasifs de corindon blanc ou brun. Cela peut se faire en faisant défiler le câble à une certaine vitesse linéaire, par exemple comprise entre 1 et 10 m/mn, et sous un certain angle, par exemple compris entre 30 et 90 degrés, devant des buses pulvérisant les grains abrasifs de corindon. En procédant de la sorte, non seulement la rugosité de la surface spécifique externe S du conducteur nu 10 peut être augmentée jusqu'à une valeur supérieure ou égale à 1,9 lm du premier paramètre Ra ou Sa tout en maintenant une valeur inférieure ou égale à 42 lm du deuxième paramètre Rz ou Sz, mais en outre une certaine quantité d'atomes d'oxygène est adsorbée en profondeur dans le volume intérieur V du conducteur nu 10 conformément à la loi de Nernst-Einstein, de manière à le doper, au moins jusqu'à
une profondeur P de 300 nm par rapport à la surface spécifique externe S, ce dopage consistant en une teneur en oxyde d'aluminium, ou plus généralement en oxygène, par rapport à ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium toujours supérieure ou égale à 20%, de préférence même supérieure à 30%, voire 35% ou plus notamment décroissant de plus de 80% à plus de 20%, ou de plus de 80% à
plus de 30%, ou de plus de 80% à plus de 35%, depuis la surface spécifique externe 5 jusqu'à ladite profondeur P.
De façon optionnelle également, il est encore plus avantageux que le dopage en oxygène du volume intérieur V du conducteur nu 10 varie selon une décroissance monotone en taux d'oxyde d'aluminium de plus de 80% à plus de 20%, de préférence même de plus de 80% à plus de 30%, voire de plus de 80% à plus de 35%, depuis la surface spécifique externe S jusqu'à ladite profondeur d'au moins P = 300 nm.
Un procédé de fabrication d'un câble de transmission de courant électrique tels que celui partiellement illustré sur la figure 1 va maintenant être détaillé en référence à la figure 2.
Au cours d'une première étape 100, le câble comportant le conducteur nu 10 est fabriqué par tréfilage et toronnage selon une technologie bien connue qui ne sera pas détaillée mais qui permet d'obtenir un câble conforme aux spécifications de la norme EN 50182, EN 50540 ou EN 62219.
Ensuite, au cours d'une étape de pulvérisation 102, la surface spécifique externe du câble obtenu est traitée par sablage, c'est-à-dire par pulvérisation sous pression, de grains abrasifs comportant de l'oxyde d'aluminium, par exemple des grains abrasifs de corindon blanc ou brun. Cela peut se faire en faisant défiler le câble à une certaine vitesse linéaire, par exemple comprise entre 1 et 10 m/mn, et sous un certain angle, par exemple compris entre 30 et 90 degrés, devant des buses pulvérisant les grains abrasifs de corindon. En procédant de la sorte, non seulement la rugosité de la surface spécifique externe S du conducteur nu 10 peut être augmentée jusqu'à une valeur supérieure ou égale à 1,9 lm du premier paramètre Ra ou Sa tout en maintenant une valeur inférieure ou égale à 42 lm du deuxième paramètre Rz ou Sz, mais en outre une certaine quantité d'atomes d'oxygène est adsorbée en profondeur dans le volume intérieur V du conducteur nu 10 conformément à la loi de Nernst-Einstein, de manière à le doper, au moins jusqu'à
une profondeur P de 300 nm par rapport à la surface spécifique externe S, ce dopage consistant en une teneur en oxyde d'aluminium, ou plus généralement en oxygène, par rapport à ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium toujours supérieure ou égale à 20%, de préférence même supérieure à 30%, voire 35% ou plus notamment décroissant de plus de 80% à plus de 20%, ou de plus de 80% à
plus de 30%, ou de plus de 80% à plus de 35%, depuis la surface spécifique externe 5 jusqu'à ladite profondeur P.
12 La pulvérisation par sablage 102 est de façon avantageuse réalisée de façon homogène sur toute la surface spécifique externe S du conducteur nu 10, c'est-à-dire de manière à être dans sa totalité impactée par les grains abrasifs. Ceci se vérifie en s'assurant que le quatrième paramètre Spd de rugosité soit effectivement compris dans l'intervalle [0,00014 / m2 ; 0,0005 /prn2] sur toute la surface spécifique externe S
du conducteur nu 10.
La taille des grains abrasifs de corindon est par exemple inférieure à 400 pm, notamment inférieure à 250 lm (correspondant à 60 Mesh), ou inférieure à 180 lm (correspondant à 80 Mesh).
Au cours d'une étape 104 optionnelle suivante, le câble peut être nettoyé pour retirer les éventuels grains abrasifs restant en surface suite à l'étape de pulvérisation 102.
Il convient de noter que le traitement par sablage ne modifie pas sensiblement les propriétés de tenue mécanique et de résistivité (lorsque les mesures sont faites en courant continu) des brins d'aluminium ou d'alliage d'aluminium constituant le conducteur nu 10.
La figure 3A est un exemple de photos prise d'une portion de surface spécifique externe de câble obtenu après exécution de l'étape 100, cette photo ayant été prise à l'aide d'un microscope électronique à balayage. La figure 3B est une photo similaire de cette même portion de surface spécifique externe de câble après exécution des étapes 102 et 104, selon un paramétrage tel de la pulvérisation par sablage qu'une rugosité, exprimée à l'aide du premier paramètre Ra ou Sa, de 3 lm est atteinte. La figure 3C est une photo similaire de cette même portion de surface spécifique externe de câble après exécution des étapes 102 et 104, selon un paramétrage tel de la pulvérisation par sablage qu'une rugosité, exprimée à
l'aide du premier paramètre Ra ou Sa, de 8 lm est atteinte.
Les figures 4A, 4B et 4C sont des diagrammes tridimensionnels illustrant les profils de rugosités correspondants. On peut constater sur ces diagrammes et sur les photos que l'étape 102 de pulvérisation de grains abrasifs par sablage permet de supprimer les saillies en pointes de l'ordre du nanomètre généralement formées lors de l'étape 100 par tréfilage et d'obtenir une texture de surface irrégulière.
Ainsi, l'augmentation de courbure des sommets de saillies permet de réduire l'effet couronne par temps sec. Par ailleurs, par temps humide, la formation de ces sommets à grands rayons de courbure permet d'augmenter l'énergie de surface et
du conducteur nu 10.
La taille des grains abrasifs de corindon est par exemple inférieure à 400 pm, notamment inférieure à 250 lm (correspondant à 60 Mesh), ou inférieure à 180 lm (correspondant à 80 Mesh).
Au cours d'une étape 104 optionnelle suivante, le câble peut être nettoyé pour retirer les éventuels grains abrasifs restant en surface suite à l'étape de pulvérisation 102.
Il convient de noter que le traitement par sablage ne modifie pas sensiblement les propriétés de tenue mécanique et de résistivité (lorsque les mesures sont faites en courant continu) des brins d'aluminium ou d'alliage d'aluminium constituant le conducteur nu 10.
La figure 3A est un exemple de photos prise d'une portion de surface spécifique externe de câble obtenu après exécution de l'étape 100, cette photo ayant été prise à l'aide d'un microscope électronique à balayage. La figure 3B est une photo similaire de cette même portion de surface spécifique externe de câble après exécution des étapes 102 et 104, selon un paramétrage tel de la pulvérisation par sablage qu'une rugosité, exprimée à l'aide du premier paramètre Ra ou Sa, de 3 lm est atteinte. La figure 3C est une photo similaire de cette même portion de surface spécifique externe de câble après exécution des étapes 102 et 104, selon un paramétrage tel de la pulvérisation par sablage qu'une rugosité, exprimée à
l'aide du premier paramètre Ra ou Sa, de 8 lm est atteinte.
Les figures 4A, 4B et 4C sont des diagrammes tridimensionnels illustrant les profils de rugosités correspondants. On peut constater sur ces diagrammes et sur les photos que l'étape 102 de pulvérisation de grains abrasifs par sablage permet de supprimer les saillies en pointes de l'ordre du nanomètre généralement formées lors de l'étape 100 par tréfilage et d'obtenir une texture de surface irrégulière.
Ainsi, l'augmentation de courbure des sommets de saillies permet de réduire l'effet couronne par temps sec. Par ailleurs, par temps humide, la formation de ces sommets à grands rayons de courbure permet d'augmenter l'énergie de surface et
13 d'étaler les gouttes d'eau pour lutter contre les pointes formées lorsqu'elles sont soumises à un champ électrique.
En ce qui concerne le dopage en oxygène, les figures 5A, 5B et 50 sont des diagrammes illustrant des taux mesurés d'oxyde d'aluminium en fonction de la profondeur dans le volume intérieur de conducteurs correspondant respectivement aux câbles des figures 3A, 3B et 30.
Sur la figure 5A, le taux d'oxyde d'aluminium représenté en trait plein, de l'ordre de 80% en surface du conducteur, chute rapidement pour passer sous le seuil de 20% dès 140 nm de profondeur dans le volume intérieur du conducteur. En complément, le taux d'aluminium ou alliage d'aluminium non oxydé est représenté en pointillés.
Sur la figure 5B, le taux d'oxyde d'aluminium représenté en trait plein, de l'ordre de 85% en surface du conducteur, chute moins rapidement selon une décroissance monotone et reste largement au-dessus du seuil de 20%, voire au-dessus de 30% ou même de 35%, au-delà de 300 nm de profondeur dans le volume intérieur du conducteur. En complément, le taux d'aluminium ou alliage d'aluminium non oxydé est représenté en pointillés.
Sur la figure 50, le taux d'oxyde d'aluminium représenté en trait plein, de l'ordre de 85% en surface du conducteur, chute également moins rapidement que sur la figure 5A et reste au-dessus du seuil de 20% jusqu'à 300 nm de profondeur dans le volume intérieur du conducteur. En complément, le taux d'aluminium ou alliage d'aluminium non oxydé est représenté en pointillés.
Pour un conducteur en almelec, c'est-à-dire comportant de l'aluminium, du magnésium et du silicium, on observe également un dopage équivalent en oxyde de magnésium et en oxyde de silicium dans le cas des câbles des figures 3B et 30.
Ce dopage améliore la protection du conducteur nu contre les fuites de courant électrique.
Lors d'essais acoustiques réalisés sur les câbles correspondant aux figures 3B, 30, 4B, 40 et 5B, 50 il a été mesuré par temps sec une baisse acoustique des bruits dus à l'effet couronne de plus de 20 dBA, notamment 24 dBA, par rapport à un câble tel que celui correspondant aux figures 3A, 4A et 5A pour un gradient de potentiel de 19,8 kV/cm.
Il apparaît clairement qu'un câble de transmission de courant électrique tel que celui décrit précédemment permet de réduire les nuisances sonores ainsi que les pertes électriques induites notamment par effet couronne. Cela est d'autant plus
En ce qui concerne le dopage en oxygène, les figures 5A, 5B et 50 sont des diagrammes illustrant des taux mesurés d'oxyde d'aluminium en fonction de la profondeur dans le volume intérieur de conducteurs correspondant respectivement aux câbles des figures 3A, 3B et 30.
Sur la figure 5A, le taux d'oxyde d'aluminium représenté en trait plein, de l'ordre de 80% en surface du conducteur, chute rapidement pour passer sous le seuil de 20% dès 140 nm de profondeur dans le volume intérieur du conducteur. En complément, le taux d'aluminium ou alliage d'aluminium non oxydé est représenté en pointillés.
Sur la figure 5B, le taux d'oxyde d'aluminium représenté en trait plein, de l'ordre de 85% en surface du conducteur, chute moins rapidement selon une décroissance monotone et reste largement au-dessus du seuil de 20%, voire au-dessus de 30% ou même de 35%, au-delà de 300 nm de profondeur dans le volume intérieur du conducteur. En complément, le taux d'aluminium ou alliage d'aluminium non oxydé est représenté en pointillés.
Sur la figure 50, le taux d'oxyde d'aluminium représenté en trait plein, de l'ordre de 85% en surface du conducteur, chute également moins rapidement que sur la figure 5A et reste au-dessus du seuil de 20% jusqu'à 300 nm de profondeur dans le volume intérieur du conducteur. En complément, le taux d'aluminium ou alliage d'aluminium non oxydé est représenté en pointillés.
Pour un conducteur en almelec, c'est-à-dire comportant de l'aluminium, du magnésium et du silicium, on observe également un dopage équivalent en oxyde de magnésium et en oxyde de silicium dans le cas des câbles des figures 3B et 30.
Ce dopage améliore la protection du conducteur nu contre les fuites de courant électrique.
Lors d'essais acoustiques réalisés sur les câbles correspondant aux figures 3B, 30, 4B, 40 et 5B, 50 il a été mesuré par temps sec une baisse acoustique des bruits dus à l'effet couronne de plus de 20 dBA, notamment 24 dBA, par rapport à un câble tel que celui correspondant aux figures 3A, 4A et 5A pour un gradient de potentiel de 19,8 kV/cm.
Il apparaît clairement qu'un câble de transmission de courant électrique tel que celui décrit précédemment permet de réduire les nuisances sonores ainsi que les pertes électriques induites notamment par effet couronne. Cela est d'autant plus
14 remarquable que la solution détaillée précédemment ne nécessite l'ajout d'aucun matériel ou couche de protection, ni le renforcement des structures métalliques de maintien, contrairement à la plupart des solutions connues pour réduire l'effet couronne.
De plus, il apparaît que l'étape 102 de pulvérisation par sablage de grains abrasifs donne un aspect mat au câble de sorte que cela diminue son impact visuel.
En outre cette étape 102 engendre un faible coût de fabrication pour une amélioration très sensible du câble obtenu.
On notera par ailleurs que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent y être apportées à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans les revendications qui suivent, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant les revendications au mode de réalisation exposé
dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents que les revendications visent à couvrir du fait de leur formulation et dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
De plus, il apparaît que l'étape 102 de pulvérisation par sablage de grains abrasifs donne un aspect mat au câble de sorte que cela diminue son impact visuel.
En outre cette étape 102 engendre un faible coût de fabrication pour une amélioration très sensible du câble obtenu.
On notera par ailleurs que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent y être apportées à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans les revendications qui suivent, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant les revendications au mode de réalisation exposé
dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents que les revendications visent à couvrir du fait de leur formulation et dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Claims (24)
1. Câble de transmission de courant électrique comportant un conducteur nu (10) non anodisé à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium présentant une surface spécifique externe (S) hydrophile destinée à être en contact avec le milieu atmosphérique et un volume intérieur (V) destiné à conduire un courant électrique, dans lequel :
- la surface spécifique externe (S) du conducteur nu (10) présente un premier paramètre de rugosité (R), défini en tant qu'écart moyen arithmétique mesurable par profilométrie de saillies et de creux par rapport à un profil moyen prédéterminé sur une longueur ou surface de référence, supérieur ou égal à 1,9 pm, et - le volume intérieur (V) du conducteur nu (10) présente, jusqu'à une profondeur (P) d'au moins 300 nm par rapport à la surface spécifique externe, un dopage en oxygène de ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium selon un taux supérieur ou égal à 20%.
- la surface spécifique externe (S) du conducteur nu (10) présente un premier paramètre de rugosité (R), défini en tant qu'écart moyen arithmétique mesurable par profilométrie de saillies et de creux par rapport à un profil moyen prédéterminé sur une longueur ou surface de référence, supérieur ou égal à 1,9 pm, et - le volume intérieur (V) du conducteur nu (10) présente, jusqu'à une profondeur (P) d'au moins 300 nm par rapport à la surface spécifique externe, un dopage en oxygène de ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium selon un taux supérieur ou égal à 20%.
2. Câble de transmission de courant électrique selon la revendication 1, dans lequel le premier paramètre de rugosité (R) est plus précisément compris dans l'intervalle [1,9 pm 25 pm].
3. . Câble de transmission de courant électrique selon la revendication 2, dans lequel le premier paramètre de rugosité (R) est égal à 2,8 pm 0,9 pm.
4. Câble de transmission de courant électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dopage du volume intérieur (V) varie selon une décroissance monotone en taux d'oxyde d'aluminium de plus de 80% à plus de 20%
depuis la surface spécifique externe (S) jusqu'à ladite profondeur (P) d'au moins 300 nm.
depuis la surface spécifique externe (S) jusqu'à ladite profondeur (P) d'au moins 300 nm.
5. Câble de transmission de courant électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la surface spécifique externe (S) du conducteur nu (10) présente en outre un deuxième paramètre de rugosité (R), défini en tant qu'écart maximal mesurable par profilométrie entre la plus haute des saillies et le plus profond des creux sur ladite longueur ou surface de référence, inférieur ou égal à 42 pm.
Date Reçue/Date Received 2022-07-07
Date Reçue/Date Received 2022-07-07
6. Câble de transmission de courant électrique selon la revendication 5, dans lequel le deuxième paramètre de rugosité (R) est compris dans l'intervalle [25 pm ; 42 1211].
7. Câble de transmission de courant électrique selon la revendication 6, dans lequel le deuxième paramètre de rugosité (R) est égal à 35,6 pm 5,9 pm.
8. Câble de transmission de courant électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la surface spécifique externe (S) du conducteur nu (10) présente en outre un troisième paramètre de rugosité (R), défini en tant qu'écart moyen quadratique mesurable par profilométrie desdites saillies et desdits creux par rapport audit profil moyen prédéterminé sur ladite longueur ou surface de référence, supérieur ou égal à 2,5 pm.
9. Câble de transmission de courant électrique selon la revendication 8, dans lequel le troisième paramètre de rugosité (R) est compris dans l'intervalle [2,5 pm ; 25 Pm].
10. Câble de transmission de courant électrique selon la revendication 9, dans lequel le troisième paramètre de rugosité (R) est égal à 3,6 pm 1,1 pm.
11. Câble de transmission de courant électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la surface spécifique externe (S) du conducteur nu (10) présente en outre un quatrième paramètre de rugosité (R), défini en tant que densité de pics mesurable par profilométrie sur ladite surface de référence, compris dans l'intervalle [0,00014 /pm2 ; 0,0005 /pm2].
12. Câble de transmission de courant électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la surface spécifique externe (S) du conducteur nu (10) présente en outre un cinquième paramètre de rugosité (R), défini en tant que moyenne arithmétique des rayons de courbures de pics, cette moyenne étant mesurable par profilométrie sur ladite surface de référence, compris dans l'intervalle [0,05 /pm ; 0,35 /pm].
13. Câble de transmission de courant électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la surface spécifique externe (S) du conducteur nu (10) présente en outre un sixième paramètre de rugosité (R), défini en tant que dimension fractale de Minkowski-Bouligand mesurable par profilométrie sur ladite surface de référence, compris dans l'intervalle [2,44 ; 3].
14. Câble de transmission de courant électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le conducteur nu (10) comporte une pluralité de brins conducteurs (14, 16, 18) en aluminium ou en alliage d'aluminium disposés en Date Reçue/Date Received 2022-07-07 toron et en couches concentriques de sens alternés autour d'un brin central (12) formant l'axe longitudinal du câble, ces brins conducteurs étant à sections de formes prédéterminées.
15. Câble de transmission de courant électrique selon la revendication 14, dans lequel les brins conducteurs sont à sections circulaires.
16. Câble de transmission de courant électrique selon la revendication 14, dans lequel les brins conducteurs sont à sections trapézoïdales.
17. Câble de transmission de courant électrique selon la revendication 14, dans lequel les brins conducteurs sont à sections en Z
18. Câble de transmission de courant électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, dans lequel le conducteur nu (10) est en alliage d'aluminium, de magnésium et de silicium.
19. Câble de transmission de courant électrique selon la revendication 18, dans lequel le conducteur nu (10) est en almelec.
20. Câble de transmission de courant électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, dans lequel le conducteur nu (10) est en alliage d'aluminium et de zirconium.
21. Câble de transmission de courant électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, dans lequel le conducteur nu (10) est en aluminium recuit.
22. Câble de transmission de courant électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, aérien et monté sur pylônes pour la transmission de courant électrique à haute tension HTB définie selon la norme NF C18-510.
23. Procédé de fabrication d'un câble de transmission de courant électrique comportant un conducteur nu (10) non anodisé à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium présentant une surface spécifique externe (S) hydrophile destinée à être en contact avec le milieu atmosphérique et un volume intérieur (V) destiné à
conduire un courant électrique, ce procédé comportant une étape (102) de pulvérisation par sablage de grains abrasifs contre la surface spécifique externe (S) du conducteur nu (10), dans lequel la pulvérisation par sablage (102) est réalisée à l'aide de grains abrasifs comportant de l'oxyde d'aluminium de manière à :
- augmenter un premier paramètre de rugosité (R) de la surface spécifique externe (S) du conducteur nu (10), ce premier paramètre de rugosité étant défini en tant qu'écart moyen arithmétique mesurable par profilométrie de saillies et de creux par rapport à un profil moyen Date Reçue/Date Received 2022-07-07 prédéterminé sur une longueur ou surface de référence, jusqu'à une valeur supérieure ou égale à 1,9 pm, et - doper, par adsorption en atomes d'oxygène issus des grains abrasifs pulvérisés, le volume intérieur (V) du conducteur nu (10) de sorte qu'il présente, jusqu'à une profondeur (P) d'au moins 300 nm par rapport à
la surface spécifique externe (S), un dopage en oxygène de ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium selon un taux supérieur ou égal à 20%.
conduire un courant électrique, ce procédé comportant une étape (102) de pulvérisation par sablage de grains abrasifs contre la surface spécifique externe (S) du conducteur nu (10), dans lequel la pulvérisation par sablage (102) est réalisée à l'aide de grains abrasifs comportant de l'oxyde d'aluminium de manière à :
- augmenter un premier paramètre de rugosité (R) de la surface spécifique externe (S) du conducteur nu (10), ce premier paramètre de rugosité étant défini en tant qu'écart moyen arithmétique mesurable par profilométrie de saillies et de creux par rapport à un profil moyen Date Reçue/Date Received 2022-07-07 prédéterminé sur une longueur ou surface de référence, jusqu'à une valeur supérieure ou égale à 1,9 pm, et - doper, par adsorption en atomes d'oxygène issus des grains abrasifs pulvérisés, le volume intérieur (V) du conducteur nu (10) de sorte qu'il présente, jusqu'à une profondeur (P) d'au moins 300 nm par rapport à
la surface spécifique externe (S), un dopage en oxygène de ses composants à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium selon un taux supérieur ou égal à 20%.
24. Procédé de fabrication d'un câble de transmission de courant électrique selon la revendication 23, dans lequel la pulvérisation par sablage (102) est réalisée à
l'aide de grains abrasifs de corindon.
Date Reçue/Date Received 2022-07-07
l'aide de grains abrasifs de corindon.
Date Reçue/Date Received 2022-07-07
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