EP0379853A1 - Câble électrique destiné aux hautes tensions - Google Patents
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- H01B5/104—Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material stranded around a high tensile strength core composed of metallic wires, e.g. steel wires
Definitions
- the present invention relates to a particular type of electrical cables intended for the transport of high voltage electrical energy in overhead lines.
- the present invention aims to provide an electrical cable of a new type intended for the transport of high voltage electrical energy which does not have the drawbacks of smooth closed cables but which nevertheless combines the advantages of these. It is more particularly sought to provide a closed cable having a determined surface roughness in order to cause the variation in drag in a range of useful speeds, between approximately 12 m / s and 60 m / s.
- an enclosed electrical cable intended for the transport of high voltage electrical energy in overhead lines, comprising at least one outer layer constituted by elements having a section generally affecting the shape of an S or d 'a Z helically wound on a core so as to nest one in the other, characterized in that, in a plane of cross-sectional to the cable, the transition edges between the essentially circular upper surface of the element of S or Z and the radial planes limiting said extrados in said cutting plane are rounded by a radius of curvature whose relative to the cable diameter is between 1.10- 2 and 6.10- 2.
- the enclosed cables according to the present invention produced from elements as described above have an almost smooth outer surface provided with small helical grooves.
- the closed cable according to the invention has a particularly reduced drag coefficient at certain wind speeds, in particular compared to conventional stranded cables and to conventional closed cables.
- the closed cable of the invention has a useful cross section greater than a conventional stranded cable.
- the cable diameter will be reduced; therefore, the support structures such as pillars, foundations, etc. can be designed in a lighter and / or less resistant manner.
- the enclosed cable of equal diameter will be able to transport higher electrical energy.
- the outer belt formed by the Z-shaped threads which are strongly nested one inside the other, additionally prevents the oozing of grease placed between the interstices of the inner threads during their assembly.
- the closed cable according to the invention has an external area which tends towards the smooth surface.
- the noise produced by the Corona effect will be all the less high, especially since, due to the absence of deep valleys, dust is more easily eliminated by natural precipitation. Contamination over time will therefore be less than for a conventional stranded cable. For the same reasons, online losses will be reduced. The same is true of noise.
- the enclosed cable according to the invention also provides a solution to the problems caused by frost and by the formation of ice sleeves around the conductors. Indeed, the formation of an ice sleeve around the cable causes it to twist. In order to avoid the resulting problems, it is possible to provide for the suspension of weight on the cable, which counteracts the torsional effect due to the formation of the ice sleeve.
- the closed cable comprises at least two outer layers constituted by elements having a section generally affecting the shape of an S or a Z wound helically on a core so to nest into each other, one layer being rolled up to the left and the other to the right. Correct orientation of the layers of the cable with respect to the prevailing winds projecting snow onto the cable also prevents the formation of excessive torsional forces in the cable.
- the two layers constituted by elements profiled in S or Z are separated by an interval of the order of 0.1 to 1 mm. It has been found that the closed cable thus obtained is less sensitive to small wind vibrations and can be mounted with less use of conventional shock absorbers or without using them.
- the filiform element profiled in S or Z and characterized by radii of curvature between 0.4 and 1 mm between the upper surface and the radial planes limiting said upper surface in the cutting plane has diameters of upper surface included between 15 and 60 mm, and a profile height between 3 and 12 mm, the upper surface forming an arc of curvature between 10 ° and 30 °.
- a closed cable 1 consists of a core 3 consisting of 7 stranded elements (1 + 6), a first layer 5 of elements 7 having an S or Z-shaped profile and a second layer 9 called the outer layer comprising elements 11 having a section in the form of S or Z.
- An annular space 13 can be provided between the essentially smooth outer surface of the first layer 5 of S or Z shaped elements 7 and the surface formed by the lower surfaces of the S or Z elements 11 of the outer layer 9.
- Said profiled elements in S or Z are wound helically around the core 3 and are nested one inside the other so as to constitute a seal that is impermeable to the fat contained inside and to external dirt.
- the exterior surface constituted by the elements 11 helically wound on said first layer 5 and overlapping each other has the appearance of an essentially smooth surface, provided with helical grooves 15 determined by the radii of curvature of the corresponding edges of the S or Z profile.
- FIG 2 there is shown an element 11 in cross section on an enlarged scale.
- the section generally affects the shape of an S or a Z.
- the transition edges 21 and 23 between the essentially circular upper surface 25 and the radial planes 27 and 29 limiting said upper surface in said plane section are rounded by a radius and curvature 30 generally between 0.4 and 1 mm, in the case of cables having a diameter of 15 to 60 mm.
- the number of grooves, the pitch of the propeller, the fouling of the cable and possibly other parameters can influence the behavior of the cable. This is nevertheless significantly less important than the influence of the aforementioned parameters, namely depth of the grooves and diameter of the cable.
- the cable according to the invention can be made of any type of material suitable for an overhead power line. It is also understood that the invention covers the various cables constituting an overhead line, in particular the phase or guard cables incorporating or not incorporating telecommunication circuits.
- Figure 1 shows a stranded core (1 +6), it should be noted that the invention also covers a cable as claimed, the core of which may include optical fibers.
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- Non-Insulated Conductors (AREA)
- Communication Cables (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Suspension Of Electric Lines Or Cables (AREA)
- Insulated Conductors (AREA)
Abstract
On décrit un câble électrique clos destiné au transport d'énergie électrique sous haute tension en lignes aériennes, comportant au moins une couche extérieure (11) constituée par des éléments (13) ayant une section affectant globalement la forme d'un S ou d'un Z enroulés hélicoïdalement sur un noyau (3) de manière à s'imbriquer les uns dans les autres, caractérisé en ce que, dans un plan de coupe transversal au câble, les arêtes de transition entre l'extrados essentiellement circulaire de l'élément en forme de S ou de Z et les plans radiaux limitant ledit extrados dans ledit plan de coupe sont arrondies par un rayon de courbure dont le rapport au diamètre du câble fini est compris entre 1.10<->² et 6.10<->².
Description
- La présente invention est relative à un type de câbles électriques particuliers destinés au transport d'énergie électrique sous haute tension en lignes aériennes.
- Dans le domaine des lignes aériennes à haute tension, les câbles généralement nus doivent être conçus pour résister aux sollicitations mécaniques importantes et, simultanément, présenter de bonnes propriétés électriques.
- Il est connu d'utiliser, à ces fins, des câbles toronnés présentant une section adéquate tant pour résister aux sollicitations mécaniques que pour transporter l'énergie électrique.
- Il s'est toutefois avéré que les câbles toronnés présentent des inconvénients, notamment au vieillissement. On a en effet constaté que la graisse logée entre les torons, en vue d'en réduire la corrosion, le frottement, les piqûres, ... etc s'élimine au cours du temps. Il en résulte une usure prématurée du câble et un encrassement en surface particulièrement important qui peut en modifier le comportement aérodynamique et augmenter les pertes électriques.
- Des câbles clos lisses comportant au moins une couche extérieure de fils ayant une section en forme de S et enroulés hélicoïdalement sur un noyau classique de manière à s'imbriquer les uns dans les autres apportent une solution au problème d'élimination de la graisse et de l'encrassement. Les éléments profilés sont utilisés de façon à obtenir, lors de l'assemblage, une surface pratiquement lisse.
- On s'est toutefois aperçu que les câbles parfaitement lisses présentent un comportement aérodynamique moins intéressant que les câbles toronnés.
- Il est d'autre part connu que le comportement de corps cylindriques placés perpendiculairement au vent présente des variations en fonction du nombre de Reynolds de l'écoulement. En particulier, pour les cylindres lisses, on remarque une forte diminution du coefficient de traînée aux alentours de Re = 4.10E5; dans le cas d'un cylindre de 30 mm de diamètre, cela se passerait à une vitesse de vent de l'ordre de 200 m/s, le nombre de Reynolds étant proportionnel à la vitesse.
- La présente invention vise à fournir un câble électrique d'un type nouveau destiné au transport d'énergie électrique sous haute tension qui ne présente pas les inconvénients des câbles clos lisses mais qui réunit malgré tout les avantages de ceux-ci. On cherche plus particulièrement à fournir un câble clos présentant une rugosité de surface déterminée afin de provoquer la variation de traînée dans une plage de vitesses utiles, entre environ 12 m/s et 60 m/s.
- Le but de la présente invention est atteint par un câble électrique clos destiné au transport d'énergie électrique sous haute tension en lignes aériennes, comportant au moins une couche extérieure constituée par des éléments ayant une section affectant globalement la forme d'un S ou d'un Z enroulés hélicoîdalement sur un noyau de manière à s'imbriquer les uns dans les autres, caractérisé en ce que, dans un plan de coupe transversal au câble, les arêtes de transition entre l'extrados essentiellement circulaire de l'élément de S ou de Z et les plans radiaux limitant ledit extrados dans ledit plan de coupe sont arrondies par un rayon de courbure dont le rapport au diamètre de câble est compris entre 1.10-2 et 6.10-2.
- Il en résulte que les câbles clos conformes à la présente invention réalisés à partir d'éléments tels que décrits ci-dessus présentent une surface extérieure quasi lisse munie de petites rainures hélicoi- dales.
- On arrive ainsi à combiner les avantages des câbles clos et ceux des câbles toronnés classiques.
- Par ailleurs, on a constaté que le câble clos conforme à l'invention présente un coefficient de traînée particulièrement réduit à certaines vitesses de vent, notamment par rapport aux câbles toronnés classiques et au câbles clos classiques.
- En effet, à même diamètre, l'effort aux vents de vitesse élevée est moindre pour le câble conforme à l'invention que pour le câble traditionnel: cette réduction peut atteindre 40%.
- Des essais en tunnel à vent, et des observations sur site ont montré que le galop des câbles conformes à l'invention - sans givre, et en grande portée - est repoussé dans des tranches de vitesse de vent nettement plus élevées. De ce fait, la probabilité de ce type de galop sur une ligne est beaucoup plus faible, et, si galop il y a, son amplitude s'avère nettement moins importante.
- De plus, le meilleur amortissement du câble de l'invention se réalise plus rapidement, surtout aux fréquences lentes.
- Les dégâts éventuels de galop provoqués au matériel de support sont de ce fait minimisés.
- Le câble clos de l'invention présente une section utile supérieure à un câble toronné classique. Il en résulte que pour un transport d'énergie égal, le diamètre de câble sera réduit; de ce fait, les structures de support telle que pilones, fondations,... etc peuvent être conçues de manière plus légère et/ou moins résistante. Dans le cas d'installations existantes par contre, le câble clos à diamètre égal pourra transporter une énergie électrique supérieure.
- Par ailleurs, les efforts sur les structures de support sont encore réduits grâce au meilleur comportement aérodynamique du câble de l'invention.
- La ceinture extérieure, formée par les fils profilés en Z fortement imbriqués les uns dans les autres, évite en plus le suintement de la graisse placée entre les interstices des fils intérieurs lors de leur assemblage.
- Des résultats d'un examen comparatif du graissage résiduel de conducteurs toronnés classiques et de câbles clos en Z, on peut conclure que la couche extérieure du câble clos en profilé "Z" forme une enceinte hermétique empêchant toute fuite de graisse à l'extérieur du câble.
- A fortiori dans le cas d'un câble à deux couches de profilés "Z", la corrosion interne restera parfaitement combattue au fil des ans, tout comme l'épineux problème de "coulage en environnement".
- Le câble clos selon l'invention a une aire externe qui tend vers la surface lisse. Le bruit produit par l'effet Corona sera d'autant moins élevé, d'autant plus que, de par l'absence de vallées profondes, les poussières sont plus aisément éliminées par les précipitations naturelles. L'encrassement dans le temps sera dès lors moindre que pour un câble toronné classique. Pour les mêmes raisons, les pertes en ligne seront réduites. Il en est de même du bruit.
- En outre, le câble clos conforme à l'invention apporte également une solution aux problèmes causés par le givre et par la formation de manchons de glace autour des conducteurs. En effet, la formation d'un manchon de glace autour du câble provoque une torsion de celui-ci. En vue d'éviter les problèmes qui en résultent, on peut prévoir la suspension de poids au câble, qui contrecarrent l'effet de torsion dû à la formation du manchon de glace.
- On peut également prévoir, selon une forme d'exécution préférée, que le câble clos comporte au moins deux couches extérieures constituées par des éléments ayant une section affectant globalement la forme d'un S ou d'un Z enroulés hélicoïdalement sur un noyau de manière à s'imbriquer les uns dans les autres, une couche étant enroulée vers la gauche et l'autre vers la droite. Une orientation correcte des couches du câble par rapport aux vents dominants projetant la neige sur le câble, empêche de plus la formation d'efforts de torsion trop importants dans le câble.
- Avantageusement, il peut être prévu que les deux couches constituées par des éléments profilés en S ou en Z sont séparées par un intervalle de l'ordre de 0,1 à lmm. On a constaté que le câble clos ainsi obtenu est moins sensible aux petites vibrations éoliennes et peut être monté avec une utilisation moindre d'amortisseurs classiques ou sans faire appel à ceux-ci.
- Avantageusement, l'élément filiforme profilé en S ou en Z et caractérisé par des rayons de courbure compris entre 0,4 et 1 mm entre l'extrados et les plans radiaux limitant ledit extrados dans le plan de coupe présente des diamètres d'extrados compris entre 15 et 60 mm, et une hauteur de profilé comprise entre 3 et 12 mm, l'extrados formant un arc de courbure compris entre 10° et 30°.
- L'invention est décrite plus en détail ci-dessous à l'appui des dessins dans lesquels:
- - la figure 1 est une vue en coupe transversale à travers un câble clos conforme à l'invention;
- - la figure 2 est une vue à échelle agrandie d'une coupe transversale à travers un élément de fil profilé en S ou Z;
- - la figure 3 est un graphique du coefficient de traînée exprimé en fonction de la vitesse du vent pour divers types de câble; et
- - la figure 4 est un graphique du coefficient de traînée exprimé en fonction du nombre de Reynolds pour diverses profondeurs de rainure.
- A la figure 1, on a représenté une forme d'exécution préférée d'un câble clos 1 conforme à la présente invention. Il se compose d'un noyau 3 constitué de 7 éléments toronnés (1 +6), d'une première couche 5 d'éléments 7 ayant un profilé en forme de S ou Z et d'une deuxième couche 9 dite couche extérieure comportant des éléments 11 ayant une section en forme de S ou Z.
- Un espace annulaire 13 peut être ménagé entre la surface extérieure essentiellement lisse de la première couche 5 d'éléments profilés en S ou Z 7 et la surface constituée par les intrados des éléments en S ou Z 11 de la couche extérieure 9.
- Lesdits éléments profilés en S ou Z sont enroulés hélico'idalement autour du noyau 3 et sont imbriqués les uns dans les autres de manière à constituer un joint étanche à la graisse contenue à l'intérieur et au salissures extérieures.
- Alors que les éléments 7 constituent une surface extérieure essentiellement lisse, mis à part quelques irrégularités dues notamment aux tolérances de fabrication, la surface extérieure constituée par les éléments 11 enroulés hélico'idalement sur ladite première couche 5 et s'imbriquant les uns dans les autres présente l'aspect d'une surface essentiellement lisse, munie de rainures hélicoïdales 15 déterminées par les rayons de courbure des bords correspondants du profilé en S ou en Z.
- A la figure 2, on a représenté un élément 11 en coupe transversale à échelle agrandie. Comme on peut le voir, la section affecte globalement la forme d'un S ou d'un Z. Les arêtes de transition 21 et 23 entre l'extrados 25 essentiellement circulaire et les plans radiaux 27 et 29 limitant ledit extrados dans ledit plan de coupe sont arrondies par un rayon e courbure 30 généralement compris entre 0,4 et 1 mm, dans le cas de câbles ayant un diamètre de 15 à 60 mm.
- A la figure 3, on a porté sur un graphique les résultats d'essais en soufflerie, qui font apparaître l'avantage de câbles conformes à l'invention (0) par rapport aux câbles toronnés classiques (+). En effet, le coefficient de traînée (Cx) chute sensiblement dans la marge des viteses de vent utiles (VqB-V2qB). A titre de comparaison, un câble lisse présente une courbe quasi horizontale se situant aux environs de Cx = 1,1, à diamètre égal, c'est-à-dire de 50 mm dans le cas de cet essai. Notons également pour être complet, que le rayon de courbure 30 des profilés en S ou en Z du câble conforme à l'invention (•) est de 0,5 mm dans cet essai.
- La figure 4 est un graphique analogue dans lequel le coefficient de traînée Cx est représenté en fonction du nombre de Reynolds (Re), lui-même lié à la vitesse de l'écoupement par la relation
- D = diamètre du câble en m,
- µ = viscosité cinématique de l'air en m2/s.
- Ce graphique fait plus particulièrement apparaître l'importance du rayon de courbure des éléments en S ou en Z. Les essais ont été réalisés pour des câbles ayant chaque fois un diamètre extérieur de 18,9 mm. Dans le graphique:
- (+) - r = 0,3 mm
- (•) - r = 0,4 mm
- () - r = 0,5 mm
- () = 0,6 mm
- ()-r=0,7mm
- () - r = 0,8 mm
- On constate que plus le rayon de courbure est petit, plus on s'approche d'un cylindre ou d'un câble lisse, voir (+).
- Le fait que les valeurs numériques du coefficient de traînée sont différentes par rapport au graphique de la figure 4 dépend de la différence des diamètres de câble. Le graphique de la figure 4 est toutefois essentiel pour montrer l'influence de la profondeur des rainures hélicoïdales.
- Il est donc possible d'envisager de réaliser un câble dont le coefficient de traînée est avantageux dans le domaine des vitesses de vent utiles, notamment entre les vitesses de calcul Vqb et V2qB prévues par la règlementation belge.
- Le nombre de rainures, le pas de l'hélice, l'encrassement du câble et éventuellement d'autres paramètres peuvent avoir une influence sur le comportement du câble. Celle-ci est néanmoins sensiblement moins importante que l'influence des paramètres susmentionnés, à savoir profondeur des rainures et diamètre du câble.
- Il est bien évident que le câble conforme à l'invention peut être constitué de tout type de matériau convenant pour une ligne électrique aérienne. Il est également entendu que l'invention couvre les différents câbles constituant une ligne aérienne, notamment les câbles de phase ou de garde incorporant ou non des circuits de télécommunication.
- Bien que la figure 1 représente un noyau toronné (1 +6), il y a lieu de noter que l'invention couvre également un câble tel que revendiqué dont le noyau peut comporter des fibres optiques.
Claims (5)
1. Câble électrique clos destiné au transport d'énergie électrique sous haute tension en lignes aériennes, comportant au moins une couche extérieure (11) constituée par des éléments (13) ayant une section affectant globalement la forme d'un S ou d'un Z enroulés hélicoïdalement sur un noyau (3) de manière à s'imbriquer les uns dans les autres, caractérisé en ce que, dans un plan de coupe transversal au câble, les arêtes de transition (21, 23) entre l'extrados (25) essentiellement circulaire de l'élément de S ou de Z et les plans radiaux (27, 29) limitant ledit extrados dans ledit plan de coupe sont arrondies par un rayon de courbure (30) dont le rapport au diamètre du cêa- ble fini est compris entre 1.10-2 et 6.10-2.
2. Câble électrique clos selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte deux couches (5, 9) constituées par des éléments ayant une section en forme de S ou de Z.
3. Câble électrique clos selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'une des couches constituée par des éléments ayant une section en forme de S ou de Z et enroulés hélicoïdalement de manière à s'imbriquer les uns dans les autres est enroulée vers la droite et en ce que l'autre couche est enroulée vers la gauche.
4. Câble électrique clos selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que les deux couches constituées par des éléments profilés en S ou en Z sont séparées par un intervalle (13) de l'ordre de 0,1 à 1 mm.
5. Elément filiforme présentant une section affectant globalement la forme d'un S ou d'un Z caractérisé en ce que dans un plan de coupe transversal, les arêtes de transition (21, 23) entre l'extrados (25) essentiellement circulaire et les plans radiaux (27, 29) limitant ledit extrados dans ledit plan de coupe sont arrondies par un rayon de courbure (30) dont le rapport au diamètre de l'extrados est compris entre 1.10-2 et 6.10-2, la hauteur dudit profilé en S ou en Z étant comprise entre 3 mm et 12 mm, l'extrados formant un arc de courbure compris entre 10 et 30°.
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