EP2148336B1 - Câble d'énergie spécifiquement conçu pour transmettre des données à haut débit - Google Patents

Câble d'énergie spécifiquement conçu pour transmettre des données à haut débit Download PDF

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EP2148336B1
EP2148336B1 EP20090166133 EP09166133A EP2148336B1 EP 2148336 B1 EP2148336 B1 EP 2148336B1 EP 20090166133 EP20090166133 EP 20090166133 EP 09166133 A EP09166133 A EP 09166133A EP 2148336 B1 EP2148336 B1 EP 2148336B1
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EP
European Patent Office
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cable
cable according
sheath
wires
insulating sheath
Prior art date
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EP20090166133
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German (de)
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EP2148336A1 (fr
Inventor
Jean-Yves Goblot
Christophe Canepa
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Acome SCOP
Original Assignee
Acome SCOP
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00—Communication cables or conductors

Definitions

  • the invention relates to a cable or wire, intended to simultaneously carry an electric current, for powering devices consuming several hundred Watts, and data at a rate of more than 1Mbits / s.
  • the invention may in particular find application for home energy networks or tertiary and industrial energy networks of a housing complex.
  • CPL Current Carrier Online
  • the CPL technique is based on the frequency multiplexing of carriers carrying the data. These carriers are typically spread over a frequency spectrum from 2 to 30 MHz ensuring data transmissions at a rate of the order of 200 Mbps. It is also expected that products under development can reach a data transmission rate of the order of 1 Gbit / s, based on optimized encoding methods, and using a carrier frequency spectrum ranging from 2 to 100MHz.
  • Solutions are therefore currently used based on information multiplexing techniques conveyed in cables or wires whose structure has been adapted only and designed for the transport of electrical energy.
  • these energy wires or cables are not designed to protect themselves from surrounding electromagnetic disturbances which has a detrimental influence on the signal-to-noise ratio and therefore on the quality of the data transmission. Moreover, these energy wires or cables are not designed to protect the environment from the electromagnetic disturbances they generate, and these disturbances increase as soon as they are used as a data transmission medium.
  • An object of the invention is therefore to provide a power transmission wire or cable, whose data transmission characteristics are improved.
  • An object of the invention is to provide a power transmission wire or cable, offering both a relatively constant characteristic impedance over a wide frequency range and a relatively low power attenuation of the information signal, on this same frequency range.
  • Another object of the invention is to propose a power transmission wire or cable, having the technical characteristics mentioned above, as well as an improvement of the electromagnetic protection with respect to the environment, namely a reduction of sensitivity to surrounding electromagnetic disturbances, and a decrease in electromagnetic disturbances generated on the environment.
  • a cable comprising an outer sheath defining a cavity in which one or more electrically conductive wires are arranged, the or each conductive wire being surrounded by an electrically insulating sheath.
  • said cable being further intended to simultaneously convey an electric current for powering devices consuming several hundred Watts and data at a rate of more than 1Mbits / s, characterized in that the or each conductive wire, maintained in a rigorous geometric position within the outer sheath, comprises an electrically insulating sheath of a material having a dielectric dissipation factor of less than or equal to 5.10 -2 over a frequency range f between 1 MHz and 100 MHz.
  • the figure 1-a illustrates a cable 1 according to the invention for simultaneously carrying an electric current to power devices consuming several hundred Watts and data at a rate of over 1Mbits / s.
  • the cable 1 comprises an outer sheath 10 defining a cavity in which one or more conductive wires are arranged.
  • the cable thus illustrated also comprises one or more electromagnetic screens 50, but a cable according to the invention could possibly comprise no electromagnetic screen of this type.
  • the conductive son 20, 30, 40 and the electromagnetic screen (s) are maintained in a strict geometric position within the outer sheath 10 of the cable.
  • the or each conductive wire, and the or each screen is disposed at a constant distance from the other electrical elements constituting the cable.
  • son drivers when several son drivers are provided, it should also be understood that they can be arranged parallel (at a constant distance from one another) relative to each other over their entire length.
  • a ribbon 60 enveloping them, for example made of polyester. It is also possible, additionally or alternatively, to use a polymer material 801 deposited by extrusion (so-called stuffing technique of plugging the holes to make the section of the cylindrical cable) to hold the wires inside the cable in a geometric position. predetermined.
  • the twist pitch may be between 100mm and 300mm, preferably of the order of 200mm.
  • Such a step in particular when it is of the order of 200 mm, makes it possible to give the cable a certain flexibility, thus improving its implementation and facilitating its coiling on the drum.
  • the figure 1-b represents an alternative embodiment of the cable according to the invention.
  • the conductors 20, 30, 40 are maintained in a rigorous geometric position thanks to a sheath 802 of polymer material, and possibly, additionally, a ribbon 60, for example polyester; the other technical characteristics of the cable remaining similar.
  • the electrically insulating sheath 21, 31, 41 may be made of polyethylene (high density or low density), polypropylene, and more especially for applications requiring compliance with fire standards, polyethylene or filled polypropylene. (more generally called “zero halogen”); or alternatively polysiloxane, or polyethylene terephthalate; or all the polymeric materials mentioned above, crosslinked to have a better thermal and mechanical resistance.
  • the attenuation level is indeed very low, whatever the frequency (eg less than or of the order of 10 dB over a distance of 100m up to 70 MHz, and less than 20 dB on a distance of 100m at a frequency of 100MHz).
  • curve 2 of the figure 2 which compares a cable of the prior art, where the attenuation is already of the order of 20 dB over 100m for a frequency of 20MHz, and reaches about 50 dB over a distance of 100m at a frequency of 100MHz.
  • the Applicant has tested many cables, and was able to note that the cables having a controlled geometric arrangement, rigorous or electrically conductive son and the possible screens or screens, combined with the fact that the or each insulating sheath 21, 31, 41 of the wire conductor has a dielectric loss angle ⁇ adapted, improved transmissions of PLC signals.
  • the insulating materials are characterized in particular by the dielectric dissipation factor (often noted tan ( ⁇ ) - tangent of the angle ⁇ ) which characterizes the electrical charge losses because the material is not a perfect dielectric.
  • the cables developed in the context of the invention are characterized by a dielectric dissipation factor tan ( ⁇ ) of less than or equal to 5.10 -2 over a frequency range f between 1 MHz and 100 MHz.
  • the cable according to the invention also has other relatively interesting features.
  • Z VS K ⁇ r ⁇ V r ⁇ ln D d
  • the characteristic impedance Z c also depends on the permittivity dielectric insulation 21, 31, 41 surrounding each wire 20, 30,40.
  • the conductive wires (whether they are arranged in a trough or assembled in a geometrically rigorous manner, for example by a tight fitting) are surrounded by an insulating sheath made of polyvinyl chloride (PVC), chosen for its ability to meet electrical safety standards.
  • PVC polyvinyl chloride
  • PVC has a dielectric permittivity which varies very significantly as a function of frequency, which is detrimental to the transmission of data, the characteristic impedance Z c then being continuously variable with the frequency.
  • the materials used for the insulating sheath 21, 31, 41 or the conductive son of the
  • the electricity of the cable according to the invention also has a quasi-constant electrical permittivity over a wide range of frequencies, ranging from 1 MHz to 100 MHz.
  • the Applicant has found that it was necessary to understand by quasi-constant that the permittivity varies at most by ⁇ 10%, preferably ⁇ 5%, around its nominal value. measured at 1 MHZ and this over the entire frequency band that is sought to use for PLC applications (namely from 1MHz to 100MHz).
  • An improvement in the quality of the communication makes it possible to lower the constraints imposed on the CPL couplers arranged at the ends of the cable and thus make the PLC data transmission system more efficient while simplifying and reducing the costs of the couplers.
  • the insulating sheath 21, 31, 41 will also be made of a material having a dielectric permittivity less than or equal to 3 over the frequency range from 1 MHz to 100 MHz, which is particularly the case with the materials presented in a non-limiting manner for the sheath (filled or unloaded polyethylene, filled polypropylene or not, polysiloxane, polyethylene terephthalate).
  • one or more electromagnetic screens may be provided, for example disposed on the inner periphery of the cavity formed by the outer sheath of said cable.
  • the screen 50 or if there are several, at least one of the electromagnetic screens (s) is for example made by a complex ribbon combining an aluminum layer and a polyester layer.
  • the maximum permissible throughput of the network ie the maximum power that can be injected into the network
  • pollution (radiation) issues of the network. environment ie the higher the injected power, the more the cable radiates.
  • the cabling system radiates, especially because of the use of one or more screen (s) 50 in the cable according to the invention, the higher the power potentially injectable by the transmitters, the higher the transmittable rate is high, and better is the data communication.
  • the invention also has the advantage of meeting the standards in force, particularly with regard to Decree 2006-1278 of 18 October 2006 (France) on electromagnetic compatibility, which states the responsibility of the installer on damage related to electromagnetic fields.
  • the screened cable of the invention also has the advantage of improving the compatibility between the LC and VDSL2 technologies, technologies which, using the same frequency spectrum and the same process of data multiplexing are prone to cross-disturbance when they use supports placed in parallel.
  • the presence of one or more screens 50 contributes to improving other characteristics such as fire resistance and the non-release of halogenated substances from the wires or cables in case of fire.
  • a layer 70 of continuity in an electrically conductive material, for example made of tinned copper, in electrical contact with the metal face of the complex ribbon and allowing a connection of this screen to the ground at both ends of the cable.

Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention est relative à un câble ou fil, destiné à transporter simultanément un courant électrique, permettant d'alimenter des appareils consommant plusieurs centaines de Watts, et des données à un débit pouvant dépasser 1Mbits/s.
  • L'invention peut en particulier trouver application pour les réseaux d'énergie domestiques ou les réseaux d'énergie tertiaires et industriels d'un ensemble immobilier.
    • Art antérieur
  • Les réseaux électriques actuels sont soit constitués de fils électriques individuels isolés qui sont tirés dans des gaines ou goulottes et posés de façon non organisée dans cette gaine ou goulotte, soit de câbles électriques constitués de fils individuels assemblés ensemble et gainés.
  • Ces fils ou câbles d'énergie (électriques) répondent à un ensemble de normes relatives à:
    • leurs capacités à transmettre l'énergie électrique ;
    • leurs propriétés de protection électrique des biens et des personnes ;
    • leur comportement à la flamme et à l'incendie.
  • Depuis plusieurs années, on cherche des solutions pour que des fils ou câbles d'énergie puissent également transmettre des informations.
  • On trouve ainsi comme application :
    • la transmission d'informations à bas ou moyens débits sur ces fils ou câbles d'énergie permettant d'assurer un pilotage d'appareils dans l'habitat, comme, par exemple, la télécommande d'appareils domestiques par réseau d'énergie ; ou encore
    • la transmission de données informatiques pour relier des ordinateurs entres eux ou assurer la transmission de services aussi divers que les sons ou les images.
  • Pour cela, il a été mis en place la technique dite de « Courant Porteur en Ligne » (CPL).
  • La technique CPL est basée sur le multiplexage en fréquence de porteuses transportant les données. Ces porteuses sont typiquement étalées sur un spectre de fréquence allant de 2 à 30 MHz assurant des transmissions de données à un débit de l'ordre de 200 Mbits/s. Il est par ailleurs prévu que les produits en cours de développement puissent atteindre un débit de transmission de données de l'ordre de 1 Gbits/s, en s'appuyant sur des méthodes d'encodage optimisées, et en utilisant un spectre de fréquences porteuses allant de 2 à 100MHz.
  • On utilise donc actuellement des solutions basées sur des techniques de multiplexage de l'information véhiculée dans des câbles ou fils dont la structure a été uniquement adaptée et pensée pour le transport de l'énergie électrique.
  • En effet, dans le cas de fils d'énergie, du fait d'un positionnement anarchique des fils dans la goulotte, l'impédance caractéristique est extrêmement variable et non prédictible. De plus, l'atténuation de ces fils sur la puissance de transmission des informations a tendance à fortement augmenter au delà d'une fréquence de 40 MHz (Ce comportement est illustré par la courbe 3 de la figure 2).
  • Dans le cas des câbles d'énergie, du fait d'un positionnement plus rigoureux des fils conducteurs, l'impédance caractéristique est prédictible et relativement lisse, mais l'atténuation linéique de ces câbles est très élevée (voir courbe 2 de la figure 2).
  • Un exemple d'un tel câble d'énergie est illustré dans le brevet FR 2 848 718 .
  • Par ailleurs, ces fils ou câbles d'énergie ne sont pas prévus pour se protéger des perturbations électromagnétiques environnantes ce qui a une influence néfaste sur le rapport signal sur bruit et donc sur la qualité de la transmission de données. Qui plus est, ces fils ou câbles d'énergie ne sont pas conçus pour protéger l'environnement des perturbations électromagnétiques qu'ils génèrent, et ces perturbations augmentent dès qu'ils sont utilisés comme support de transmission de données.
  • Il n'existe donc pas aujourd'hui de fils ou câbles d'énergie conçus pour tirer le meilleur parti possible des solutions CPL actuelles ou à venir en termes de débit de transmission, d'atténuation du signal, et également en termes de protection électromagnétique par rapport à l'environnement.
    • Résumé de l'invention
  • Un objectif de l'invention est donc de proposer un fil ou câble de transport d'énergie, dont les caractéristiques de transmission de données sont améliorées.
  • Un objectif de l'invention est de proposer un fil ou câble de transport d'énergie, offrant à la fois une impédance caractéristique relativement constante sur une large gamme de fréquences et une atténuation de la puissance du signal d'information relativement faible, sur cette même gamme de fréquences.
  • Un autre objectif de l'invention est de proposer un fil ou câble de transport d'énergie, présentant les caractéristiques techniques mentionnées ci-dessus, ainsi qu'une amélioration de la protection électromagnétique par rapport à l'environnement, à savoir une diminution de la sensibilité aux perturbations électromagnétiques environnantes, et une diminution des perturbations électromagnétiques générées sur l'environnement.
  • L'un au moins de ces objectifs est atteint au moyen d'un câble comportant une gaine extérieure définissant une cavité dans laquelle sont disposés un ou plusieurs fils conducteurs de l'électricité, le ou chaque fil conducteur étant entouré d'une gaine isolante électriquement, ledit câble étant par ailleurs destiné à transporter simultanément un courant électrique permettant d'alimenter des appareils consommant plusieurs centaines de Watts et des données à un débit pouvant dépasser 1Mbits/s, caractérisé en ce que, le ou chaque fil conducteur, maintenu dans une position géométrique rigoureuse au sein de la gaine extérieure, comporte une gaine isolante électriquement en un matériau présentant un facteur de dissipation diélectrique inférieur ou égal à 5.10-2 sur une gamme de fréquences f comprise entre 1MHz et 100MHz.
  • Le câble selon l'invention pourra également comprendre au moins l'une des caractéristiques techniques suivantes, prise en elle-même, ou en combinaison :
    • la gaine isolante est faite en un matériau présentant une permittivité diélectrique εr quasi-constante sur la gamme de fréquences allant de 1MHz à 100MHz, c'est-à-dire présentant une variation maximum de 10%, et préférentiellement de 5%, de sa valeur nominale mesurée à 1MHz ;
    • la gaine isolante est faite en un matériau présentant une permittivité diélectrique inférieure à 3,2 sur la gamme de fréquences allant de 1MHz à 100MHz ;
    • la gaine isolante électriquement est faite en polyéthylène chargé ou non, ou encore en polypropylène chargé ou non, le polyéthylène ou le polypropylène pouvant être réticulé ou non ;
    • la gaine isolante électriquement est faite en polysiloxane réticulé ou non ou en polyéthylène téréphtalate réticulé ou non ;
    • les fils conducteurs sont maintenus avec un ruban entourant lesdits fils conducteurs, par exemple en polyester ;
    • le ou les fils conducteurs sont maintenus en position rigoureuse les uns par rapport aux autres à l'aide d'un matériau de bourrage ;
    • le ou les fils conducteurs sont maintenus en position rigoureuse les uns par rapport aux autres à l'aide d'une gaine en matériau polymère ;
    • les fils conducteurs sont torsadés ensemble ;
    • le pas de torsadage est compris entre 100mm et 300mm, de préférence de l'ordre de 200mm ;
    • il est prévu un ou plusieurs écran(s) électromagnétique(s), le ou chaque écran est disposé de manière géométriquement rigoureuse au sein du câble, à savoir à distance constante des autres éléments électriques constituant le câble ;
    • le ou l'un au moins des écran(s) électromagnétique(s) comprend un ruban constitué d'au moins une couche d'aluminium et d'une couche de polyester ;
    • le ou l'un au moins des écrans est disposé sur la périphérie intérieure de la cavité formée par la gaine extérieure dudit câble ;
    • le câble prévoit, entre la périphérie intérieure de la cavité formée par la gaine extérieure dudit câble et le ou l'un des écran(s), une nappe de continuité en un matériau conducteur de l'électricité, par exemple en cuivre étamé, en contact électrique avec une face métallique de l'écran et permettant un raccordement à la terre aux extrémités du câble installé.
  • D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre.
    • Brève description des dessins
    • la figure 1-a représente un schéma de coupe d'un câble selon l'invention ;
    • la figure 1-b représente un schéma de coupe d'un autre mode de réalisation d'un câble selon l'invention
    • la figure 2 représente des résultats de tests fournissant l'atténuation d'un signal transmettant des données sur plusieurs types de câble d'énergie pour le transport d'électricité, en fonction de la fréquence dudit signal.
    Description détaillée de l'invention
  • La figure 1-a illustre un câble 1 selon l'invention destiné à transporter simultanément un courant électrique permettant d'alimenter des appareils consommant plusieurs centaines de Watts et des données à un débit pouvant dépasser 1Mbits/s.
  • Le câble 1 comporte une gaine extérieure 10 définissant une cavité dans laquelle sont disposés un ou plusieurs fils conducteurs.
  • Dans l'exemple illustré sur la figure 1-a, on a représenté trois fils conducteurs 20, 30, 40 de l'électricité dits de phase, de neutre et de terre respectivement. Le câble ainsi illustré comporte également un ou plusieurs écrans 50 électromagnétique(s), mais un câble selon l'invention pourrait éventuellement ne comporter aucun écran électromagnétique de ce type.
  • Sur la figure 1-a, les fils conducteurs 20, 30, 40 et le ou les écrans électromagnétique(s) sont maintenus dans une position géométrique rigoureuse au sein de la gaine extérieure 10 du câble.
  • A titre d'exemple non limitatif, il faut entendre par là que le ou chaque fil conducteur, ainsi que le ou chaque écran est disposé à distance constante des autres éléments électriques constituant le câble.
  • Plus particulièrement, lorsque plusieurs fils conducteurs sont prévus, il faut aussi entendre par là que ceux-ci peuvent être disposés parallèlement (à distance constante l'un de l'autre) les uns par rapport aux autres sur toute leur longueur.
  • De façon alternative, on pourra prévoir que les (au nombre de trois dans l'exemple illustré sur la figure 1-a) fils conducteurs sont serrés, voire torsadés ensemble.
  • Pour maintenir plusieurs fils conducteurs 20, 30, 40 en position géométrique rigoureuse l'un par rapport à l'autre (qu'ils soient parallèles ou torsadés entre eux), on pourra prévoir un ruban 60 les enveloppant, par exemple constitué de polyester. On peut également, de manière additionnelle ou alternative, employer un matériau polymère 801 déposé par extrusion (technique dite du bourrage consistant à boucher les trous pour rendre la section du câble cylindrique) pour maintenir les fils à l'intérieur du câble dans une position géométrique prédéterminée.
  • Dans le cas où les fils conducteurs 20, 30, 40 sont torsadés entre eux, le pas de torsadage pourra être compris entre 100mm et 300mm, de préférence de l'ordre de 200mm. Un tel pas, en particulier lorsqu'il est de l'ordre de 200mm, permet de donner au câble une certaine flexibilité, améliorant ainsi sa mise en oeuvre et facilitant son lovage sur touret.
  • La figure 1-b représente une variante de réalisation du câble selon l'invention.
  • Dans cet exemple, au sein du câble 2, les conducteurs 20, 30, 40 sont maintenus dans une position géométrique rigoureuse grâce à une gaine 802 en matériau polymère, et éventuellement, de façon additionnelle, par un ruban 60, par exemple en polyester; les autres caractéristiques techniques du câble restant similaires.
  • Dans le cas des figures 1-a ou 1-b, les trois fils conducteurs 20, 30, 40 sont par ailleurs isolés électriquement l'un de l'autre du fait que chaque fil conducteur est entouré d'une gaine isolante électriquement 21, 31, 41.
  • A titre d'exemples non limitatifs, la gaine isolante électriquement 21, 31, 41 peut être en polyéthylène (haute densité ou basse densité), polypropylène, et plus spécialement pour les applications nécessitant le respect de normes incendie, du polyéthylène ou du polypropylène chargé (plus généralement appelés « zéro halogène ») ; ou encore le polysiloxane, ou le polyéthylène téréphtalate; ou encore tous les matériaux polymères cités précédemment, réticulés pour présenter une meilleure résistance thermique et mécanique.
  • Or, il a été constaté qu'un tel câble permettait d'obtenir des niveaux d'atténuation extrêmement faibles, et quasiment constants sur une très large gamme de fréquences, typiquement entre MHz et 100MHz.
  • Un tel effet peut notamment être visualisé sur la courbe 4 de la figure 2, pour lequel la gaine est en polyéthylène.
  • Sur cette courbe 4, le niveau d'atténuation est effectivement très faible, quelle que soit la fréquence (ex : inférieure ou de l'ordre de 10 dB sur une distance de 100m jusqu'à 70 MHz, et inférieure à 20 dB sur une distance de 100m à une fréquence de 100MHz).
  • Ceci est tout à fait surprenant dans la mesure où les câbles d'énergie actuels présentant un arrangement géométrique rigoureux des fils conducteurs sont connus (comme rappelé dans la partie « art antérieur » de la présente demande) comme des câbles présentant une atténuation très élevée, qui ne fait par ailleurs qu'augmenter avec l'augmentation de la fréquence du signal transmis.
  • On peut notamment se reporter à la courbe 2 de la figure 2, qui présente en comparaison un câble de l'art antérieur, où l'atténuation est déjà de l'ordre de 20 dB sur 100m pour une fréquence de 20MHz, et atteint environ 50 dB sur une distance de 100m à une fréquence de 100MHz.
  • Afin de mieux caractériser les câbles susceptibles de répondre aux exigences d'amélioration des câbles existants, la Demanderesse a testé de nombreux câbles, et a pu constater que les câbles présentant un arrangement géométrique maîtrisé, rigoureux du ou des fils conducteurs de l'électricité et du ou des écrans éventuels, combiné au fait que la ou chaque gaine isolante 21, 31, 41 du fil conducteur présente un angle de perte diélectrique δ adapté, amélioraient les transmissions des signaux CPL.
  • Plus précisément, les matières isolantes sont notamment caractérisées par le facteur de dissipation diélectrique (souvent noté tan(δ) - tangente de l'angle δ) qui caractérise les pertes de charges électriques du fait que le matériau n'est pas un diélectrique parfait.
  • On a ainsi pu montrer que les câbles développés dans le cadre de l'invention se caractérisent par un facteur de dissipation diélectrique tan(δ) inférieur ou égal à 5.10-2 sur une gamme de fréquences f comprise entre 1MHz et 100MHz.
  • Le câble selon l'invention présente également d'autres caractéristiques relativement intéressantes.
  • Il est en effet connu que l'impédance caractéristique Zc du câble peut s'écrire sous la forme : Z C = K ε r ⁢ V r ⁢ ln D d
    Figure imgb0001
  • Où
    K est une constante ;
    Vr est la vitesse relative du signal transmis dans le fil conducteur par rapport à la célérité de la lumière dans le vide ;
    d est le diamètre du fil conducteur ;
    D est la distance séparant le centre de ces fils conducteurs ;
    ε r est la permittivité diélectrique de la gaine isolante entourant le fil conducteur.
  • On comprend plus précisément par cette relation (1) qu'une construction géométriquement rigoureuse des fils assemblés dans le câble stabilise l'impédance caractéristique (la distance D est maîtrisée et relativement constante).
  • Là est donc la différence entre par exemple un câble avec trois fils conducteurs en cuivre de 2.5mm2 tirés en goulotte (D varie le long de la goulotte), et un câble avec trois fils conducteurs en cuivre de 2.5mm2 assemblés rigoureusement (D constant).
  • Toutefois, comme on peut le voir par l'intermédiaire de la relation (1), l'impédance caractéristique Zc dépend également de la permittivité diélectrique de l'isolant 21, 31, 41 entourant chaque fil conducteur 20, 30,40.
  • Classiquement, les fils conducteurs (qu'ils soient disposés en goulotte ou assemblés de manière rigoureuse sur le plan géométrique, par un montage serré par exemple) sont entourés d'une gaine isolante en polychlorure de vinyle (PVC), choisi pour sa capacité à répondre aux normes de sécurité électrique.
  • Or, on a remarqué que le PVC présente une permittivité diélectrique qui varie de façon très sensible en fonction de la fréquence, ce qui s'avère préjudiciable pour la transmission de données, l'impédance caractéristique Zc étant alors continument variable avec la fréquence.
  • Or, les matériaux (à titre non limitatif polyéthylène chargé ou non, polypropylène chargé ou non, polysiloxane, polyéthylène téréphtalate, ces polymères étant réticulés ou non) mis en oeuvre pour la gaine isolante 21, 31, 41 du ou des fils conducteurs de l'électricité du câble selon l'invention présentent également une permittivité électrique quasi-constante sur une large gamme de fréquences, pouvant aller de 1MHz à 100MHz.
  • Là encore, pour mieux caractériser les câbles présentant cette caractéristique, la Demanderesse a constaté qu'il fallait comprendre par quasi-constante le fait que la permittivité varie au maximum de ±10%, de préférence de ±5%, autour de sa valeur nominale mesurée à 1 MHZ et ceci sur l'ensemble de la bande de fréquences que l'on cherche à utiliser pour les applications CPL (à savoir de 1MHz à 100MHz).
  • Ainsi, le fait d'avoir un câble avec une construction géométrique rigoureuse des fils conducteurs d'une part et une gaine isolante du ou de ces fils conducteurs en un matériau spécifique d'autre part permet d'améliorer encore la stabilisation de l'impédance caractéristique par rapport aux câbles existants, et permet de mieux contrôler la qualité de la transmission des données dans un câblage utilisant les câbles selon l'invention.
  • Une amélioration de la qualité de la communication permet d'abaisser les contraintes imposées aux coupleurs CPL disposés aux extrémités du câble et donc de rendre plus efficace le système de transmission de données CPL tout en simplifiant et diminuant les coûts des coupleurs.
  • De préférence, mais non limitativement, la gaine isolante 21, 31, 41 sera également faite en un matériau présentant une permittivité diélectrique inférieure ou égale à 3 sur la gamme de fréquences allant de 1MHz à 100MHz, ce qui est en particulier le cas des matériaux présentés à titre non limitatifs pour la gaine (polyéthylène chargé ou non, polypropylène chargé ou non, polysiloxane, polyéthylène téréphtalate).
  • Ceci permet avantageusement de prévenir toute influence de la permittivité diélectrique sur le niveau d'atténuation pour les fréquences faibles, à savoir de l'ordre du MHz ou inférieures à quelques MHz.
  • Pour diminuer la sensibilité aux perturbations électromagnétiques extérieures, mais aussi pour diminuer le rayonnement électromagnétique généré par le câble sur son environnement, on pourra prévoir un ou plusieurs écrans 50 électromagnétique(s), par exemple disposé sur la périphérie intérieure de la cavité formée par la gaine extérieure dudit câble.
  • L'écran 50, ou s'il en est prévu plusieurs, l'un au moins des écrans électromagnétique(s) est par exemple réalisé par un ruban complexe associant une couche d'aluminium et une couche de polyester.
  • Dans le cas des transmissions de données, notamment par CPL, le débit maximum admissible par le réseau (c'est-à-dire la puissance maximale pouvant être injectée dans le réseau) est limité pour des questions de pollution (rayonnement) de l'environnement. En effet, plus la puissance injectée est importante, plus le câble rayonne.
  • Ainsi, moins le système de câblage rayonne, notamment en raison de l'emploi d'un ou plusieurs écran(s) 50 dans le câble selon l'invention, plus la puissance potentiellement injectable par les émetteurs est forte, plus le débit transmissible est élevé, et meilleure est la communication de données.
  • Par ce biais, l'invention présente également l'avantage de répondre aux normes en vigueur, en particulier en ce qui concerne le décret 2006-1278 du 18 octobre 2006 (France) sur la compatibilité électromagnétique, qui stipule la responsabilité de l'installateur sur des dommages liés aux champs électromagnétiques.
  • La présence d'un ou de plusieurs écrans permet également la réalisation simple de liaisons équipotentielles fonctionnelles (utilisée pour améliorer la transmission de données et diminuer les pollutions CEM). Ces réalisations sont associées aux systèmes de câblage d'énergie en accord avec les préconisations des normalisations NFC 15 100 chapitre 545 "dispositions de mise à la terre et liaisons équipotentielles fonctionnelles" et du guide UTE C 15 900 chapitre 6.9.
  • Le câble écranté de l'invention présente également l'avantage d'améliorer la compatibilité entre les technologies CPL et VDSL2, technologies qui, utilisant le même spectre de fréquence et le même processus de multiplexage des données sont sujettes à des perturbations croisées quand ils utilisent des supports posés en parallèle.
  • Par ailleurs, la présence d'un ou plusieurs écran(s) 50 participe à améliorer d'autres caractéristiques comme notamment la tenue au feu et le non dégagement de substances halogénées des fils ou câbles en cas d'incendie.
  • Enfin, on pourra également prévoir, entre la périphérie intérieure de la cavité formée par la gaine extérieure dudit câble et le ou l'un des écran(s), une nappe 70 de continuité en un matériau conducteur de l'électricité, par exemple en cuivre étamé, en contact électrique avec la face métallique du ruban complexe et permettant un raccordement de cet écran à la terre aux deux extrémités du câble.

Claims (15)

  1. Câble (1) comportant une gaine extérieure (10) définissant une cavité dans laquelle sont disposés un ou plusieurs fils conducteurs (20, 30, 40) de l'électricité, le ou chaque fil conducteur étant entouré d'une gaine isolante électriquement (21, 31, 41), ledit câble étant par ailleurs destiné à transporter simultanément un courant électrique permettant d'alimenter des appareils consommant plusieurs centaines de Watts et des données à un débit pouvant dépasser 1Mbits/s, caractérisé en ce que, le ou chaque fil conducteur, maintenu dans une position géométrique rigoureuse au sein de la gaine extérieure (10), comporte une gaine isolante électriquement en un matériau présentant un facteur de dissipation diélectrique inférieur ou égal à 5.10-2 sur une gamme de fréquences f comprise entre 1MHz et 100MHz.
  2. Câble selon la revendication 1, dans lequel la gaine isolante (21, 31, 41) est faite en un matériau présentant une permittivité diélectrique εr quasi-constante sur la gamme de fréquences allant de 1MHz à 100MHz, c'est-à-dire présentant une variation maximum de 10%, et préférentiellement de 5%, de sa valeur nominale mesurée à 1MHz.
  3. Câble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la gaine isolante (21, 31, 41) est faite en un matériau présentant une permittivité diélectrique inférieure à 3,2 sur la gamme de fréquences allant de 1MHz à 100MHz.
  4. Câble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la gaine isolante électriquement (21, 31, 41) est faite en polyéthylène chargé ou non, ou encore en polypropylène chargé ou non, le polyéthylène ou le polypropylène pouvant être réticulé ou non.
  5. Câble selon les revendications précédentes, dans lequel la gaine isolante électriquement (21, 31, 41) est faite en polysiloxane réticulé ou non, ou en polyéthylène téréphtalate réticulé ou non.
  6. Câble selon les revendications précédentes, dans lequel les fils conducteurs sont maintenus avec un ruban (60) entourant lesdits fils conducteurs, par exemple en polyester.
  7. Câble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le ou les fils conducteurs sont maintenus en position rigoureuse les uns par rapport aux autres à l'aide d'un matériau de bourrage (801).
  8. Câble selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le ou les fils conducteurs sont maintenus en position rigoureuse les uns par rapport aux autres à l'aide d'une gaine (802) en matériau polymère.
  9. Câble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les fils conducteurs sont torsadés ensemble.
  10. Câble selon la revendication précédente, dans lequel le pas de torsadage est compris entre 100mm et 300mm, de préférence de l'ordre de 200mm.
  11. Câble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu un ou plusieurs écrans (50) électromagnétique(s), le ou chaque écran est disposé de manière géométriquement rigoureuse au sein du câble, à savoir à distance constante des autres éléments électriques constituant le câble.
  12. Câble selon la revendication précédente, dans lequel le ou l'un au moins des écrans électromagnétique(s) comprend un ruban constitué d'au moins une couche d'aluminium et d'une couche de polyester.
  13. Câble selon l'une des revendications 11 ou 12, dans lequel le ou l'un au moins des écrans (50) est disposé sur la périphérie intérieure de la cavité formée par la gaine extérieure (10) dudit câble.
  14. Câble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu, entre la périphérie intérieure de la cavité formée par la gaine extérieure (10) dudit câble et le ou l'un des écran(s), une nappe (70) de continuité en un matériau conducteur de l'électricité, par exemple en cuivre étamé, en contact électrique avec une face métallique de l'écran et permettant un raccordement à la terre aux extrémités du câble installé.
  15. Utilisation d'un câble selon l'une des revendications précédentes, pour l'alimentation en énergie électrique domestique, tertiaire ou industriel d'un ensemble immobilier.
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