EP0577467B1 - Câble mixte de communication et d'énergie - Google Patents

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EP0577467B1
EP0577467B1 EP19930401580 EP93401580A EP0577467B1 EP 0577467 B1 EP0577467 B1 EP 0577467B1 EP 19930401580 EP19930401580 EP 19930401580 EP 93401580 A EP93401580 A EP 93401580A EP 0577467 B1 EP0577467 B1 EP 0577467B1
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conductor
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power conductor
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/003—Power cables including electrical control or communication wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/04—Concentric cables

Definitions

  • the present invention relates to a mixed communication and power cable.
  • cables currently used for data transmission (communication) and energy transport (single-phase or continuous) there are generally two electrical energy conductors isolated each by means of an insulating sheath and a plurality of electrical conductors for data transmission also isolated and used to control a device using information from sensors to which they are connected. All the conductors of these cables are preferably multi-strand, that is to say that they each consist of a strand of unitary conductive wires. This is to give the cable some flexibility.
  • This structure poses a number of problems.
  • the diameter of the cable is important.
  • the diameter of the cable obtained is approximately 15 mm.
  • the large thickness of insulation required around the two energy conductors is detrimental both for the diameter of the cable and for its mass.
  • the two energy conductors being placed side by side in the cable, it is important to properly isolate them electrically from one another, given the high voltages that they are capable of carrying.
  • the mass of cables thus obtained is prohibitive for underwater applications in which the cable is generally submerged to a certain depth and connects devices located on the surface to devices located underwater. Given the long lengths required, the weight of the cable may cause some devices on the surface to the bottom.
  • the communication conductors being in the center of the cable, they undergo significant electrical disturbances due to the energy conductor immediately above them, so that the communication signals they carry can be highly distorted.
  • the insulating envelopes interposed between each energy conductor and between the first energy conductor and the communication conductors prevent the cable from being flexible enough for applications requiring significant confinement.
  • An object of the present invention is therefore to produce a mixed communication and energy cable that is more flexible, lighter and of smaller diameter than the cables of the prior art, and therefore capable of withstanding numerous mechanical stresses while having a reduced bulk.
  • Another object of the present invention is to provide a mixed cable in which the disturbances undergone by the communication signals due to the presence of the energy conductors are as small as possible.
  • the coaxial arrangement gives greater flexibility to the cable than the two-wire arrangement.
  • the radii of curvature reached by the cables of structure in accordance with that of the invention are of the order of three to four times the external diameter of the cable, that is to say that they are two to three times smaller than those achieved by cables of the prior art.
  • the first and second insulating envelopes can each consist of a thin tape compared to the diameter of the data transmission conductors. This is possible because the insulation of the energy conductors from each other is achieved by means of the data transmission conductors.
  • the cable according to the invention can be very flexible.
  • a third energy conductor can be arranged coaxially with the second energy conductor and separated from the latter by a third insulating envelope, possibly a layer of data transmission conductors, a fourth insulating envelope, the sheath outdoor protection then surrounding the third energy conductor.
  • the third energy conductor can also be separated from the second by another insulating envelope.
  • the diameter of the cable obtained is approximately 10 mm, ie a reduction 30% compared to the prior art.
  • the single figure shows a cross section of a sector of a cable according to the invention.
  • the cable 1, with a longitudinal axis referenced X, comprises an axial energy conductor 2.
  • the conductor 2 consists of a stranding of 19 strands 3, each of the strands 3 itself being made up of 67 wires 4 of tinned copper 0.1 mm in diameter each.
  • the jacket 5 serves to improve the flexibility of the cable 1 by promoting the sliding of the different conductors.
  • 21 data transmission conductors 6 form a ring coaxial with the energy conductor 2 and are wound helically around the casing 5.
  • Each conductor 6 consists of a strand of 19 wires 7 of tinned copper of 0.1 mm in diameter, isolated by means of an ethylene-tetrafluoroethylene sheath 8 with an outside diameter equal to 0.79 mm.
  • the sheath 8 serves both to insulate the conductors 6 from each other and contributes to insulating the energy conductors of the cable 1 from each other.
  • a second insulating casing 9 also made of a PTFE tape identical to that constituting the first casing 5 keeps the conductors 6 and also ensures the flexibility of the cable 1.
  • Each of the strands 10 is made up of 37 wires 12 of 0.12 mm tinned copper of diameter.
  • the assembly thus formed is isolated from the outside environment by means of a polyester tape 13 0.17 mm thick surrounded by a polyurethane sheath 14 0.8 mm thick so that the diameter outside of cable 1 is approximately equal to 10 mm.
  • the cable according to the invention has the advantage over other cables of the same type of being both very flexible, light and compact, thanks to the use of a coaxial arrangement and to the insulation of the two energy conductors from each other effected by means of the data transmission conductors themselves.
  • the invention also applies to a communication and energy cable comprising more than two energy conductors, and for example three or four.
  • the coaxial structure can also be used.
  • the first and second energy conductors are arranged as in the example described above; instead of placing the outer protective sheath around the second energy conductor, there is either another layer of data transmission conductors separated from the second energy conductor by an insulating tape, or an insulating layer, around the latter. then a third energy conductor.
  • Power or data conductors are not necessarily multi-strand. They can for example consist of solid wires, or, for energy conductors other than the first, of metal tubes, according to the specifications of the application in which the cable according to the invention is used.

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  • Insulated Conductors (AREA)
  • Communication Cables (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un câble mixte de communication et d'énergie.
  • Dans les câbles actuellement utilisés pour la transmission de données (communication) et le transport d'énergie (en monophasé ou en continu), on trouve en général deux conducteurs électriques d'énergie isolés chacun au moyen d'une gaine isolante et une pluralité de conducteurs électriques de transmission de données également isolés et servant à piloter un appareil à l'aide d'informations provenant de capteurs auxquels ils sont reliés. Tous les conducteurs de ces câbles sont de préférence multibrins, c'est-à-dire qu'ils sont constitués chacun d'un toron de fils conducteurs unitaires. Ceci a pour but de conférer au câble une certaine souplesse.
  • Une structure connue de ce type de câbles est la suivante :
    • les deux conducteurs d'énergie isolés sont disposés côte à côte,
    • les conducteurs de transmission de données sont disposés autour de la structure bifilaire ainsi formée de manière à donner au câble obtenu une section circulaire.
  • Cette structure pose un certain nombre de problèmes.
  • En premier lieu, elle n'est pas très souple (les rayons de courbure minimaux atteints sont de l'ordre de dix fois leur diamètre extérieur). Ceci est très pénalisant lorsque l'on souhaite utiliser des câbles ayant une telle structure pour alimenter et piloter des appareils mobiles ou se trouvant sous l'eau, en les soumettant à de nombreuses contraintes de flexion et sollicitations mécaniques.
  • Par ailleurs, la disposition des conducteurs dans le câble n'étant pas optimale, le diamètre du câble est important. Par exemple, pour un câble comportant deux conducteurs d'énergie de 10 mm2 de section chacun et 21 conducteurs de transmission de données d'environ 0,15 mm2 de section chacun, le diamètre du câble obtenu est de 15 mm environ. Or il est intéressant dans certaines applications, sous-marines par exemple, d'avoir un diamètre qui soit le plus faible possible afin de confiner le câble dans un espace réduit.
  • Enfin, l'épaisseur d'isolation importante nécessaire autour des deux conducteurs d'énergie est pénalisante à la fois pour le diamètre du câble et pour sa masse. En effet, les deux conducteurs d'énergie étant placés côte à côte dans le câble, il est important de bien les isoler électriquement l'un de l'autre étant données les fortes tensions qu'ils sont susceptibles de transporter. La masse des câbles ainsi obtenus est prohibitive pour des applications sous-marines dans lesquelles le câble est en général immergé à une certaine profondeur et relie des appareils se trouvant à la surface à des appareils se trouvant sous l'eau. Compte-tenu des grandes longueurs nécessaires, le poids du câble risque d'entraîner certains appareils se trouvant à la surface vers le fond.
  • On connaît par ailleurs une autre structure de câble mixte d'énergie et de communication, décrite notamment dans le brevet US-2 180 731. Un câble ayant cette structure comporte, de l'intérieur vers l'extérieur :
    • des conducteurs de communication,
    • une première enveloppe isolante, constituée d'un rubanage et d'une gaine d'isolation,
    • un premier conducteur d'énergie,
    • une deuxième enveloppe isolante, également constituée d'un rubanage et d'une gaine d'isolation,
    • un deuxième conducteur d'énergie,
    • une troisième enveloppe isolante,
    • une gaine extérieure de protection.
  • Dans cette structure, les conducteurs de communication étant au centre du câble, ils subissent des perturbations électriques importantes du fait du conducteur d'énergie se trouvant immédiatement au-dessus d'eux, de sorte que les signaux de communication qu'ils transportent peuvent présenter de fortes distorsions.
  • En outre, les enveloppes isolantes interposées entre chaque conducteur d'énergie et entre le premier conducteur d'énergie et les conducteurs de communication empêchent le câble d'être suffisamment souple pour des applications demandant un confinement important.
  • Un but de la présente invention est donc de réaliser un câble mixte de communication et d'énergie plus souple, plus léger et de diamètre plus faible que les câbles de l'art antérieur, et donc capable de résister à de nombreuses sollicitations mécaniques tout en ayant un encombrement réduit.
  • Un autre but de la présente invention est de réaliser un câble mixte dans lequel les perturbations subies par les signaux de communication du fait de la présence des conducteurs d'énergie sont les plus faibles possibles.
  • La présente invention propose à cet effet un câble mixte de communication et d'énergie comprenant au moins deux conducteurs d'énergie et une pluralité de conducteurs électriques isolés de transmission de données caractérisé en ce que lesdits conducteurs sont disposés de la manière suivante :
    • un premier desdits conducteurs d'énergie occupe une position axiale le long dudit câble,
    • lesdits conducteurs de transmission de données forment un anneau coaxial audit premier conducteur d'énergie et sont enroulés hélicoïdalement sur une première enveloppe isolante recouvrant ledit premier conducteur d'énergie,
    • ledit deuxième conducteur d'énergie est coaxial audit premier conducteur d'énergie de sorte qu'il entoure lesdits conducteurs de transmission de données dont il est séparé par une deuxième enveloppe isolante,
    • une gaine extérieure de protection entoure ledit deuxième conducteur d'énergie.
  • Le fait de disposer les deux conducteurs d'énergie coaxialement l'un à l'autre en les isolant l'un de l'autre à l'aide des conducteurs de transmission de données permet de diminuer nettement l'encombrement du câble, et donc son diamètre. Ainsi, on a pu supprimer la gaine isolante encombrante des conducteurs d'énergie et loger dans un espace optimal les conducteurs de transmission de données auparavant disposés de manière désordonnée.
  • Par ailleurs, la disposition coaxiale confère une plus grande souplesse au câble que la disposition bifilaire. Les rayons de courbure atteints par les câbles de structure conforme à celle de l'invention sont de l'ordre de trois à quatre fois le diamètre extérieur du câble, c'est-à-dire qu'il sont deux à trois fois plus faibles que ceux atteints par les câbles de l'art antérieur.
  • En outre, le fait de disposer les conducteurs de transmission de données entre les deux conducteurs d'énergie permet de réduire les perturbations électriques subies. En effet, au niveau des conducteurs de transmission de données, les perturbations dues à chacun des conducteurs d'énergie se compensent puisque leurs champs, de sens contraires, s'annulent.
  • De manière très avantageuse, les première et deuxième enveloppes isolantes peuvent être constituées chacune d'un ruban de faible épaisseur par rapport au diamètre des conducteurs de transmission de données. Ceci est possible car l'isolation des conducteurs d'énergie l'un par rapport à l'autre est réalisée au moyen des conducteurs de transmission de données. Ainsi, le câble selon l'invention peut être très souple.
  • Toujours selon l'invention, un troisième conducteur d'énergie peut être disposé coaxialement au deuxième conducteur d'énergie et séparé de ce dernier par une troisième enveloppe isolante, éventuellement une couche de conducteurs de transmission de données, une quatrième enveloppe isolante, la gaine de protection extérieure entourant alors le troisième conducteur d'énergie. Le troisième conducteur d'énergie peut également être séparé du deuxième par une autre enveloppe isolante.
  • On peut ainsi appliquer l'invention à un câble mixte comportant plus de deux conducteurs d'énergie, et par exemple trois ou quatre, en séparant les conducteurs d'énergie les uns des autres par des conducteurs de transmission de données, ou lorsque cela n'est plus possible, par des enveloppes isolantes. Ces conducteurs d'énergie peuvent être multibrins.
  • Enfin, pour un câble comportant deux conducteurs d'énergie de 10 mm2 de section chacun et 21 conducteurs de transmission de données de 0,15 mm2 environ de section chacun, le diamètre du câble obtenu est d'environ 10 mm soit une réduction de 30% par rapport à l'art antérieur.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante d'un câble selon l'invention, donnée à titre illustratif et nullement limitatif.
  • La figure unique représente une coupe transversale d'un secteur d'un câble selon l'invention.
  • Le câble 1, d'axe longitudinal référencé X, comporte un conducteur d'énergie axial 2. Le conducteur 2 est constitué d'un toronnage de 19 torons 3, chacun des torons 3 étant lui-même constitué de 67 fils 4 de cuivre étamé de 0,1 mm de diamètre chacun.
  • Une première enveloppe isolante 5 constituée d'un ruban de polytétrafluoroéthylène (PTFE) de 4,65 mm de diamètre extérieur et de 50 µm d'épaisseur environ entoure le conducteur 2. L'enveloppe 5 sert à améliorer la souplesse du câble 1 en favorisant le glissement des différents conducteurs.
  • 21 conducteurs 6 de transmission de données forment un anneau coaxial au conducteur d'énergie 2 et sont enroulés hélicoïdalement autour de l'enveloppe 5. Chaque conducteur 6 est constitué d'un toron de 19 fils 7 de cuivre étamé de 0,1 mm de diamètre, isolé au moyen d'une gaine 8 en éthylène-tétrafluoroéthylène de diamètre extérieur égal à 0,79 mm. La gaine 8 sert à la fois à isoler les conducteurs 6 les uns des autres et contribue à isoler l'un de l'autre les conducteurs d'énergie du câble 1.
  • Une deuxième enveloppe isolante 9 également constituée d'un ruban de PTFE identique à celui constituant la première enveloppe 5 permet de maintenir les conducteurs 6 et d'assurer aussi la souplesse du câble 1.
  • 24 torons 10 constituant un deuxième conducteur d'énergie 11 forment un anneau coaxial au conducteur d'énergie 2 et sont enroulés hélicoïdalement autour de l'enveloppe 9. Chacun des torons 10 est constitué de 37 fils 12 de cuivre étamé de 0,12 mm de diamètre.
  • Enfin, l'ensemble ainsi constitué est isolé du milieu extérieur au moyen d'un ruban de polyester 13 de 0,17 mm d'épaisseur entouré d'une gaine de polyuréthane 14 de 0,8 mm d'épaisseur de sorte que le diamètre extérieur du câble 1 est environ égal à 10 mm.
  • Le câble selon l'invention présente l'avantage par rapport à d'autres câbles du même type d'être à la fois très souple, léger et peu encombrant, grâce à l'utilisation d'une disposition coaxiale et à l'isolation des deux conducteurs d'énergie l'un de l'autre effectuée au moyen des conducteurs de transmission de données eux-mêmes.
  • Le fait d'interposer les conducteurs 6 de transmission de données entre les conducteurs d'énergie 2 et 11 permet d'isoler ces derniers l'un de l'autre et de n'utiliser qu'un ruban, de faible épaisseur, entre chacun des conducteurs d'énergie et les conducteurs de transmission de données.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit.
  • Tout d'abord, l'invention s'applique également à un câble de communication et d'énergie comprenant plus de deux conducteurs d'énergie, et par exemple trois ou quatre. Dans ce cas, la structure coaxiale peut également être utilisée. Les premier et deuxième conducteurs d'énergie sont disposés comme dans l'exemple décrit plus haut ; au lieu de placer la gaine extérieure de protection autour du deuxième conducteur d'énergie, on dispose autour de ce dernier soit une autre couche de conducteurs de transmission de données séparée du deuxième conducteur d'énergie par un ruban isolant, soit une couche isolante, puis un troisième conducteur d'énergie. On peut alors soit placer la gaine extérieure du câble, soit disposer un autre conducteur d'énergie en le séparant encore par des conducteurs de transmission de données ou par une couche isolante.
  • Les conducteurs d'énergie ou de transmission de données ne sont pas nécessairement multibrins. Ils peuvent être par exemple constitués de fils massifs, ou encore, pour les conducteurs d'énergie autres que le premier, de tubes métalliques, selon les spécifications de l'application dans lequel le câble selon l'invention est utilisé.
  • Par ailleurs, les valeurs numériques sont données à titre indicatif et pourront être changées à loisir sans sortir du cadre de l'invention.
  • De même, le choix des matériaux constituant les conducteurs ou les différentes enveloppes et gaines isolantes est à la portée de l'homme de l'art et rentre dans le cadre de la présente invention.

Claims (8)

  1. Câble mixte de communication et d'énergie comprenant au moins deux conducteurs d'énergie et une pluralité de conducteurs électriques isolés de transmission de données caractérisé en ce que lesdits conducteurs sont disposés de la manière suivante :
    - un premier desdits conducteurs d'énergie (2) occupe une position axiale le long dudit câble (1),
    - lesdits conducteurs de transmission de données (6) forment un anneau coaxial audit premier conducteur d'énergie (2) et sont enroulés hélicoïdalement sur une première enveloppe isolante (5) recouvrant ledit premier conducteur d'énergie,
    - ledit deuxième conducteur d'énergie (11) est coaxial audit premier conducteur d'énergie (2) de sorte qu'il entoure lesdits conducteurs de transmission de données (6) dont il est séparé par une deuxième enveloppe isolante (9),
    - une gaine extérieure de protection (13, 14) entoure ledit deuxième conducteur d'énergie (11).
  2. Câble selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites première et deuxième enveloppes isolantes (5, 9) sont constituées chacune d'un ruban de faible épaisseur par rapport au diamètre desdits conducteurs de transmission de données (6).
  3. Câble selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'un troisième conducteur d'énergie est disposé coaxialement audit deuxième conducteur d'énergie (11) et séparé de ce dernier par une troisième enveloppe isolante, une couche de conducteurs de transmission de données et une quatrième enveloppe isolante, ladite gaine de protection extérieure (13, 14) entourant alors ledit troisième conducteur d'énergie.
  4. Câble selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'un troisième conducteur d'énergie est disposé coaxialement audit deuxième conducteur d'énergie (11) et séparé de ce dernier par une autre enveloppe isolante, ladite gaine de protection extérieure (13, 14) entourant alors ledit troisième conducteur d'énergie.
  5. Câble selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que lesdits conducteurs d'énergie sont multibrins.
  6. Câble selon la revendication 5 caractérisé en ce que les brins constituant les conducteurs d'énergie autres que ledit premier conducteur d'énergie sont enroulés hélicoïdalement autour desdites enveloppes isolantes correspondantes.
  7. Câble selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que lesdits conducteurs de transmission de données sont multibrins.
  8. Câble selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que :
    - ledit premier conducteur d'énergie (2) est constitué d'un toronnage de 19 torons (3) constitués chacun d'un toronnage de 67 fils conducteurs (4) de diamètre égal à 0,1 mm chacun,
    - chacun desdits conducteurs de transmission de données (6) est constitué d'un toron de 19 fils conducteurs (7) de diamètre égal à 0,1 mm chacun, ledit toron étant isolé au moyen d'une gaine en éthylène-tétrafluoroéthylène (8) de diamètre extérieur égal à 0,79 mm,
    - ledit deuxième conducteur d'énergie (11) est constitué de 24 torons ou brins (10) constitués chacun de 37 fils conducteurs (12) de 0,12 mm de diamètre chacun,
    - lesdites première et deuxième enveloppes isolantes (5, 9) sont constituées chacune d'un ruban de polytétrafluoroéthylène de 50 µm d'épaisseur,
    - ladite gaine extérieure est constituée d'un ruban de polyester (13) de 0,17 mm d'épaisseur auquel est superposée une gaine de polyuréthane (14) de 0,8 mm d'épaisseur.
EP19930401580 1992-06-29 1993-06-21 Câble mixte de communication et d'énergie Expired - Lifetime EP0577467B1 (fr)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9207965A FR2693024B1 (fr) 1992-06-29 1992-06-29 Câble mixte pour la transmission de données et la transmission d'énergie.
FR9207965 1992-06-29

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EP0577467A1 EP0577467A1 (fr) 1994-01-05
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