EP1469484B1 - Câble composite comportant un élément à fibre optique - Google Patents

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EP1469484B1
EP1469484B1 EP04300188A EP04300188A EP1469484B1 EP 1469484 B1 EP1469484 B1 EP 1469484B1 EP 04300188 A EP04300188 A EP 04300188A EP 04300188 A EP04300188 A EP 04300188A EP 1469484 B1 EP1469484 B1 EP 1469484B1
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EP
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composite cable
sheath
cable
screen
cladding
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Pierre Mirebeau
David Dubois
Laurent Moreau
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Nexans SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/005—Power cables including optical transmission elements

Definitions

  • the present invention relates to a composite cable having an optical fiber element.
  • the document EP 0 825 465 thus discloses a power and telecommunications cable, said composite cable, comprising an electrical conductor and a fiber optic element in the form of a metal tube having at least one optical fiber extending into the tube.
  • the tube made of steel, is inscribed substantially in a plane.
  • This tube and the optical fibers have sinusoidal type corrugations substantially parallel to this plane.
  • the tube In the case of twisting of the cable, the tube withstands the corrugations without breaking and the fibers are released from mechanical stresses.
  • the optical fiber element is disposed parallel to the longitudinal axis of the cable between a metal screen, for example lead coated over the electrical conductor and an electrical insulation layer, extruded polymer.
  • This layer is a multifunctional sheath: it also serves as a mechanical protection against corrosion and ensures the cohesion of the whole.
  • the polymer does not fill the gaps between the steel tube and the screen. This lack of material creates spaces extending along the longitudinal axis of the cable. In case of penetration of water, for example by rupture of the sheath, these spaces are preferential paths for the water which will flow along the longitudinal axis.
  • the flow promotes corrosion of the steel tube and ultimately that of the metal screen.
  • the object of the invention is to overcome the aforementioned problems by providing a composite cable protected against corrosion.
  • the tube casing provides better protection against corrosion.
  • the polymeric material of the sheath will be housed more easily in the small angles and thus significantly reduce the material voids, further reinforcing the fight against corrosion tube and screen.
  • the operating temperature of the polymeric material is high, for example between 150 ° C and 200 ° C.
  • the tube according to the invention being placed in the extruder head, the polymeric material of its envelope is heated which makes it adherent with the polymeric material of the sheath.
  • the casing of the tube can also be made by extrusion.
  • the cable further comprises a layer of adhesive covering the outer surface of the screen in order to reinforce the fastening between the sheath and the screen and to reduce the pitting attack time in particular and thus the extent of the corrosion in the screen. level of the screen.
  • this layer of adhesive provides the connection between the screen and the polymeric envelope of the sheath.
  • the polymeric material of the casing of the tube may be substantially identical to the polymeric material of the sheath, for optimized material compatibility.
  • the screen is based on a metal selected from aluminum and copper and the polymeric materials of the envelope and sheath are polyethylene and preferably high density polyethylene (HDPE).
  • HDPE high density polyethylene
  • the cable may further comprise an anti-corrosion layer covering the adhesive layer and an extruded polymeric material substantially identical to the extruded polymeric material of the sheath.
  • the tube and said at least one optical fiber according to the invention may have along said cable undulations substantially parallel to the longitudinal axis of the cable, to obtain the technical advantages already described.
  • the corrugations can be made after the manufacture of the casing of the tube.
  • FIG. 1 shows the cross-section of a composite cable 10 in a preferred embodiment of the invention, for example a cable, for example buried, of telecommunications and energy, for example at high voltage.
  • a sheath 5 serving as an electrical insulation and mechanical protection layer, surrounds the anticorrosive layer 4 and is made of an identical extruded polymeric material, such as high density polyethylene, and for example from 4 to 5 mm thick. on average.
  • an optical fiber element 6 which is a coated metal tube containing a plurality of optical fibers.
  • the metal tube 61 is for example stainless steel and for example wide by about 2 mm.
  • This tube 61 is coated, for example by extrusion, with a protective envelope 62 made of a polymeric material compatible with the polymeric material extruded from the sheath 5 and preferably identical, for example the high density polyethylene.
  • the thickness of the envelope 62 is for example of the order of 0.5 mm.
  • the optical fiber element 6 is disposed substantially parallel to the longitudinal axis Z and preferably as close as possible to the inside of the cable 10 in order to meet the thickness normalization criteria of the sheath 5 with a minimum of material used.
  • the sheath 5 is preferably eccentric: the thickness e1 of the sheath in the portion situated above the optical fiber element 6 is substantially equal to the thickness e2 of the sheath in the opposite part with respect to the Z axis.
  • the optical fiber element 6 may contain, for example, four optical fibers FO.
  • the optical fiber element 6, and more precisely the metal tube encased by the envelope 62, has corrugations 63, for example sinusoidal and parallel to the longitudinal axis Z. Inside the tube metal, each optical fiber (not shown) also has undulations (not shown) which substantially following the corrugations of the coated tube but are smaller in amplitude. The mechanical stresses on the fibers are thus limited.
  • the optical fiber element 6 is placed on the latter layer 4 and placed in the head of extruder.
  • the polyethylene used is easily bonded with the polyethene of the casing 62 of the metal tube 61 and with the polyethylene of the anticorrosion layer 4, especially in the zones A, A 'in the vicinity of this last layer 4 (see Figure 1).
  • the cable 10 does not include the anti-corrosion layer 2.
  • the optical fiber element 6 is thus placed on the adhesive or, in the absence of glue, on the screen.
  • the sheath 5 also acts as an anticorrosion layer for the screen 5. This variant only requires a single polyethylene extrusion step.
  • the composite cable according to the invention may comprise a plurality of optical fiber elements according to the invention.
  • the composite cable can be single-core or multicore.
  • the composite cable may be a terrestrial or underwater cable.
  • the thickness of the sheath can be chosen according to the standardization criteria in force.
  • the composite cable may include other layers above the sheath.
  • the invention can also be applied when the screen is based on lead and the sheath made of polyvinyl chloride. We will then adapt the material of the envelope accordingly.

Description

  • La présente invention porte sur un câble composite comportant un élément à fibre optique.
  • Il existe déjà des câbles qui transportent à la fois de l'énergie et des informations par voie optique.
  • Le document EP 0 825 465 divulgue ainsi un câble d'énergie et de télécommunications, dit câble composite, comprenant un conducteur électrique et un élément à fibre optique sous la forme d'un tube métallique comportant au moins une fibre optique en surlongeur dans le tube.
  • Le tube, en acier, est inscrit sensiblement dans un plan. Ce tube ainsi que les fibres optiques présentent des ondulations de type sinusoïdales sensiblement parallèles à ce plan. En cas de torsion du câble, le tube supporte grâce aux ondulations des allongements sans rompre et les fibres sont libérées des contraintes mécaniques.
  • L'élément à fibre optique est disposé parallèlement à l'axe longitudinal du câble entre un écran métallique par exemple en plomb recouvrant le conducteur électrique et une couche d'isolation électrique, en polymère extrudé. Cette couche est une gaine multifonctions : elle sert aussi de protection mécanique de protection contre la corrosion et assure la cohésion de l'ensemble.
  • Au moment de l'extrusion de cette gaine, le polymère ne vient pas remplir les espaces entre le tube en acier et l'écran. Ce manque de matière crée des espaces s'étendant le long de l'axe longitudinal du câble. En cas de pénétration d'eau, par rupture de la gaine par exemple, ces espaces sont des chemins préférentiels pour l'eau qui va s'écouler suivant l'axe longitudinal.
  • L'écoulement favorise la corrosion du tube en acier et à terme celle de l'écran métallique.
  • L'objet de l'invention est de pallier les problèmes précités en fournissant un câble composite protégé contre la corrosion.
  • La présente invention propose à cet effet un câble composite comprenant :
    • un coeur entouré par un écran métallique,
    • une gaine entourant l'écran, en un matériau polymérique isolant électrique et extrudé,
    • un élément à fibre optique comprenant un tube métallique contenant au moins une fibre optique et disposé entre l'écran et la gaine,
    caractérisé en ce que l'élément à fibre optique comprend une enveloppe entourant le tube métallique et en un matériau polymérique compatible avec le matériau et en ce que le matériau polymérique de l'enveloppe est sensiblement identique audit matériau polymérique de la gaine.
  • L'enveloppe du tube assure une meilleure protection contre la corrosion. En outre, grâce à la compatibilité entre les matériaux de l'enveloppe et de la gaine, le matériau polymérique de la gaine va se loger plus facilement dans les petits angles et ainsi réduire significativement les vides de matière, renforçant encore la lutte contre la corrosion du tube et de l'écran.
  • Par ailleurs, pour former la gaine par extrusion, la température de mise en oeuvre du matériau polymérique est élevée, par exemple entre 150°C et 200°C. Le tube selon l'invention étant placé dans la tête d'extrudeuse, le matériau polymérique de son enveloppe est chauffé ce qui le rend adhérent avec le matériau polymérique de la gaine.
  • L'enveloppe du tube peut aussi être réalisée par extrusion.
  • Le câble comprend en outre une couche de colle recouvrant la surface extérieure de l'écran afin de renforcer l'accrochage entre la gaine et l'écran et de diminuer le temps d'attaque par piqûres notamment et donc l'ampleur de la corrosion au niveau de l'écran. Lorsque l'élément optique est disposé directement sur l'écran, cette couche de colle assure la liaison entre l'écran et l'enveloppe polymérique de la gaine.
  • Avantageusement, le matériau polymérique de l'enveloppe du tube peut être sensiblement identique au matériau polymérique de la gaine, pour une compatibilité de matière optimisée.
  • Dans un mode de réalisation préféré, l'écran est à base de métal choisi parmi l'aluminium et le cuivre et les matériaux polymériques de l'enveloppe et de la gaine sont en polyéthylène et de préférence en polyéthylène haute densité (PEhd).
  • Dans un autre mode de réalisation préféré, le câble peut comprendre en outre une couche anticorrosion recouvrant la couche de colle et en un matériau polymérique extrudé sensiblement identique au matériau polymérique extrudé de la gaine.
  • Le tube et ladite au moins fibre optique selon l'invention peuvent présenter le long dudit câble des ondulations sensiblement parallèles à l'axe longitudinal du câble, pour obtenir les avantages techniques déjà décrits.
  • Les ondulations peuvent être réalisées après la fabrication de l'enveloppe du tube.
  • Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'un exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
    • la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe transversale d'un câble composite dans un mode de réalisation préféré de l'invention,
    • la figure 2 représente schématiquement une vue en coupe transversale de l'élément à fibre optique inséré dans le câble composite de la figure 1,
    • la figure 3 représente schématiquement une vue partielle longitudinale et en élévation du câble composite de la figure 1.
  • Les vues des figures 1 à 3 ne sont pas à l'échelle.
  • On voit en figure 1, la section transversale d'un câble composite 10 dans un mode de réalisation préféré de l'invention, câble, par exemple enterré, de télécommunications et d'énergie, par exemple à haute tension.
  • Le câble composite 10, d'axe longitudinal Z, comporte un coeur 1 classique contenant par exemple un conducteur électrique isolé (non représenté), ce coeur 1 étant entouré successivement par les éléments concentriques suivants :
    • un écran métallique 2, par exemple en aluminium, obtenu par extrusion ou contre-collé ou soudure, et par exemple de 0,2 à 2 mm d'épaisseur,
    • de préférence une couche de colle extrudée 3, recouvrant la surface extérieure de l'écran 2, par exemple de 0,5 mm environ d'épaisseur,
    • de préférence une couche anticorrosion 4 recouvrant la couche de colle 3, par exemple de 0,5 mm d'épaisseur, en un matériau polymérique électriquement isolant qui est de préférence un polyéthylène haute densité et est par exemple coextrudé avec la colle 3.
  • Par ailleurs, une gaine 5 servant de couche d'isolation électrique et de protection mécanique, entoure la couche anticorrosion 4 et est en un matériau polymérique extrudé identique, tel que le polyéthylène haute densité, et par exemple de 4 à 5 mm d'épaisseur en moyenne.
  • En outre, entre la couche anticorrosion 4 et la gaine 5, est disposé un élément à fibre optique 6 qui est un tube métallique enrobé contenant une pluralité de fibres optiques.
  • Le tube métallique 61 est par exemple en acier inoxydable et par exemple large de 2 mm environ.
  • Ce tube 61 est enrobé, par exemple par extrusion, d'une enveloppe 62 protectrice, en un matériau polymérique compatible avec le matériau polymérique extrudé de la gaine 5 et de préférence identique, par exemple le polyéthylène ha ute densité. L'épaisseur de l'enveloppe 62 est par exemple de l'ordre de 0,5 mm.
  • L'élément à fibre optique 6 est disposé sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal Z et de préférence au plus près de l'intérieur du câble 10 afin de respecter les critères de normalisation d'épaisseur de la gaine 5 avec un minimum de matériau employé. En outre, dans un même objectif, la gaine 5 est de préférence excentrée : l'épaisseur e1 de la gaine dans la partie située au-dessus de l'élément à fibre optique 6 est sensiblement égale à l'épaisseur e2 de la gaine dans la partie opposée par rapport à l'axe Z.
  • Comme détaillé en figure 2, l'élément à fibre optique 6 peut contenir par exemple quatre fibres optiques FO.
  • Comme détaillé en figure 3, l'élément à fibre optique 6, et plus précisément le tube métallique enrobé par l'enveloppe 62, présente des ondulations 63, par exemple sinusoïdales et parallèles à l'axe longitudinal Z. A l'intérieur du tube métallique, chaque fibre optique (non représentée) présente aussi des ondulations (non représentées) qui suivant sensiblement les ondulations du tube enrobé mais sont inférieures en amplitude. Les contraintes mécaniques sur les fibres sont ainsi limitées.
  • Après la fabrication de l'ensemble des éléments concentriques 2, 3, 4 et notamment l'extrusion du polyéthlène pour obtenir la couche anticorrosion 4, l'élément à fibre optique 6 est posé sur cette dernière couche 4 et placé dans la tête d'extrudeuse. Lors de l'extrusion de la gaine 5, le polyéthylène mis en oeuvre vient facilement se lier avec le polyéthène de l'enveloppe 62 du tube métallique 61 et avec le polyéthylène de la couche anticorrosion 4 notamment dans les zones A, A' au voisinage de cette dernière couche 4 (voir figure 1).
  • Dans une variante (non représentée), le câble 10 ne comprend pas la couche anti-corrosion 2. Avant l'extrusion de la gaine 5, l'élément à fibre optique 6 est ainsi posé sur la colle ou, en l'absence de colle, sur l'écran. Dans cette variante, la gaine 5 joue également le rôle de couche d'anticorrosion pour l'écran 5. Cette variante ne nécessite qu'une seule étape d'extrusion de polyéthylène.
  • Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre purement illustratif. On pourra sans sortir du cadre de l'invention remplacer tout moyen par un moyen équivalent.
  • Le câble composite selon l'invention peut comprendre une pluralité d'éléments à fibre optique selon l'invention.
  • Le câble composite peut être monoconducteur ou multiconducteurs.
  • Le câble composite peut être un câble terrestre ou sous-marin.
  • L'épaisseur de la gaine peut être choisie en fonction des critères de normalisation en vigueur.
  • Le câble composite peut comprendre d'autres couches au-dessus de la gaine.
  • L'invention peut aussi s'appliquer lorsque l'écran est à base de plomb et la gaine en polychlorure de vinyle. On adaptera alors le matériau de l'enveloppe en conséquence.

Claims (6)

  1. Câble composite (10) comprenant :
    - un coeur (1) entouré par un écran métallique (2),
    - une gaine (5) entourant l'écran, en un matériau polymérique isolant électrique et extrudé,
    - un élément à fibre optique (6) comprenant un tube métallique (61) contenant au moins une fibre optique (FO) et disposé entre l'écran et la gaine caractérisé en ce que l'élément à fibre optique comprend une enveloppe (62) entourant le tube métallique et en un matériau polymérique compatible avec le matériau polymérique de la gaine et en ce qu'il comprend une couche de colle (3) recouvrant la surface extérieure de l'écran (2).
  2. Câble composite (10) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau polymérique de l'enveloppe (62) est sensiblement identique audit matériau polymérique de la gaine (5).
  3. Câble composite (10) selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'écran (2) est à base de métal choisi parmi l'aluminium et le cuivre et en ce que les matériaux polymériques de l'enveloppe (62) et de la gaine (5) sont en polyéthylène.
  4. Câble composite (10) selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'écran (2) est à base de métal choisi parmi l'aluminium et le cuivre et en ce que les matériaux polymériques de l'enveloppe (62) et de la gaine. (5) sont en polyéthylène haute densité.
  5. Câble composite (10) selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend une couche anticorrosion (4) recouvrant la couche de colle et en un matériau polymérique extrudé sensiblement identique au matériau polymérique extrudé de la gaine (5).
  6. Câble composite (10) selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que, le câble ayant un axe longitudinal donné (Z), le tube (61) et ladite au moins fibre optique (FO) présentent chacun, le long dudit câble, des ondulations (63) sensiblement parallèles audit axe longitudinal.
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