EP2783372A1 - Cable electrique haute tension adapte aux conditions extremes - Google Patents

Cable electrique haute tension adapte aux conditions extremes

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Publication number
EP2783372A1
EP2783372A1 EP12806540.6A EP12806540A EP2783372A1 EP 2783372 A1 EP2783372 A1 EP 2783372A1 EP 12806540 A EP12806540 A EP 12806540A EP 2783372 A1 EP2783372 A1 EP 2783372A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
insulating material
advantageously
cable according
central conductor
Prior art date
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Granted
Application number
EP12806540.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP2783372B1 (fr
Inventor
Mohamed EL IDRISSI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Axon Cable SA
Original Assignee
Axon Cable SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Axon Cable SA filed Critical Axon Cable SA
Publication of EP2783372A1 publication Critical patent/EP2783372A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2783372B1 publication Critical patent/EP2783372B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/29—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame
    • H01B7/292—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame using material resistant to heat

Definitions

  • the present invention relates to the field of high voltage electrical cables resistant to extreme conditions for aerospace, nuclear, scientific research and / or petroleum research.
  • the oil field is looking for materials that can withstand high temperatures (200 ° C and +) combined with resistance to high pressures (300 to 700 bar for example) and excellent resistance to chemicals (fuels, hydrocarbons, etc.). .).
  • the field of scientific research focuses on the radiation resistance of polymers associated with resistance to cryogenic temperatures and a very low level of degassing.
  • Nuclear power plant applications are looking for very high radiation resistance and insulating quality for low thicknesses.
  • the space domain requires the combination of weight gain, very good resistance to radiation, resistance to higher and higher temperatures (250 ° C and higher), high intensity and low outgassing.
  • the requirement of low outgassing is very important because the applications for research or space domain operate in a high vacuum environment (1 to 10-12 mbar).
  • This property refers to the amount of volatile compounds released by a component or material when subjected to high vacuum. The condensation of these compounds on sensitive organs such as sensors or optics can cause measurement errors or malfunctions.
  • the spatial standard ECSS-Q-70-02 is used to characterize the degassing of a material or component. According to this standard, the content of condensable volatile materials collected (CVCM) must be lower than at 0.1% and the total mass loss of the material excluding water (RML) must be less than 1%.
  • the maximum temperature of use is also a very important criterion. Space or nuclear applications may require temperatures above 250 ° C. This is also the case for aeronautical or military applications. Another trend observed is that of using the wires or cables at their thermal limit not by the external environment but rather by heating generated by the passage of a high current.
  • the cable consists of a combination of materials of different types (metal and polymer) which together must be able to withstand temperatures between -150 ° C and 280 ° C, a dose of radiation up to 200 Rad, operating voltage up to 5,000 volts.
  • the cable must meet the degassing standards of space domain but also keep some flexibility especially to see support mechanical movements of small amplitude bends during operation (between 1 and 20 ° for example).
  • thermosetting materials such as elastomers and silicones are able to withstand high temperatures, but they do not meet all the requirements and more particularly those concerning degassing and low temperatures (between -50 ° C and -150 ° C) .
  • polyimide thermosetting resins are generally also resistant to high temperatures and extreme conditions, they are difficult to implement to manufacture a cable. Indeed, for son from a certain diameter, they can only be used in ribbon form to have sufficient cohesion with the central conductor and thus to avoid delamination when using the cable, it is in general it is necessary to add an adhesive or a coating which itself does not withstand these extreme conditions.
  • Ultra-polymers especially thermoplastics, have excellent electrical and mechanical behavior, but are limited in temperature to 260 ° C. Radiation resistance being an intrinsic property of the material, some high performance thermoplastics are known to have good resistance to ionizing radiation. However, they also often show significant stiffness with risks of fragility when exposed to very low temperatures.
  • thermoplastic resins of the polyetheretherketone type can withstand temperatures of up to 260 ° C according to the manufacturers' indications.
  • the patent application EP 0 197 227 describes an electrical cable especially for aerospace use whose insulating material may be based on polyetheretherketone.
  • the cable described in this document can be coated with a varnish that does not withstand temperatures of up to 280 ° C. Indeed, as indicated in this document page 4 line 2, the varnish layer must withstand only a temperature of at most 150 ° C.
  • the cable comprises a second insulating layer based on band of polyimide ribbon resins. To allow bonding of the layers of the strip between them, this layer is provided with a thermoplastic coating of copolymers of ethylene and fluorinated propylene (page 4, line 14 - 16). Or this type of material is not resistant to radiation .
  • the inventors have discovered that the polyetheretherketone resins described in this document and polyetherketoneketoneextruded or in the form of a coating did not have a sufficient thermal resistance at 280.degree. C. or did not exhibit sufficient mechanical strength after thermal aging at such temperatures.
  • the inventor has also discovered that to obtain the most advantageous properties the central conductor had to be made of a particular conductive material coated with nickel. This coating could be much thinner than usually recommended while providing effective corrosion protection for up to 280 ° C. This small thickness thus avoids excess conductivity loss of the conductive material especially when the latter is in the form of alloy.
  • the inventor has discovered a particularly interesting construction of the high-voltage electric cable, in particular by using a multilayer insulation, which allows it to be the most efficient under extreme conditions.
  • the present invention therefore relates to a high-voltage electrical cable comprising a central copper conductor coated with nickel or copper alloy coated with nickel and at least one main layer of an insulating material disposed around the central conductor, said layer of insulating material being formed by an extruded thermoplastic selected from polyetherketones, polyetherketoneetherketone ketones and mixtures thereof.
  • high-voltage cable is understood to mean a cable capable of withstanding voltages greater than 1000 V AC or 1600 V DC, without exceeding 50 000 V.
  • the cable is capable of withstanding voltages higher than 3500V (medium voltage), more preferably a voltage of less than 10,000 V, still more preferably a voltage of about 5000V.
  • the center conductor or conductive core must fulfill the conductivity requirements combined with the thermal resistance.
  • the purpose of the driver is to allow the passage of a significant amount of electricity characterized by a high amperage. Indeed, in the context of the present invention, the conductor can receive a voltage of up to 5 kV and an amperage of up to 12 A.
  • the cable according to the invention must have the most optimized mass possible. It is not possible to use materials with too low conductivity which would therefore require oversizing the central conductor. Thus only copper and copper alloys fulfill these requirements. Indeed, other metals such as nickel alone, for example, despite their excellent thermal resistance, can not be used in the cable according to the invention. because of their very low electrical conductivity.
  • Aluminum is a low weight metal, but unusable for use at high temperatures because of the high elongation rate from 260 ° C.
  • this material is characterized by a very low conductivity (25-30% of IACS, International Annealed Copper Standard, the electrical conductivity unit for metals and alloys, the reference of which is copper: 100% d
  • IACS value of 100% corresponds to a conductivity of 5.8 MS / m 2) and shows difficulties in being connected.
  • the copper alloy must of course meet the new environmental standards such as those of the European directive RoHS (2002/95 / CE) revised in 2011.
  • the copper alloy comprises at least one alloy element selected from iron, aluminum and copper. non-hexavalent chromium, tin, magnesium, zirconium and their mixture, in particular chromium, zirconium and their mixture, especially a mixture of chromium and zirconium.
  • the copper alloy is free of cadmium, cobalt, lead, beryllium and / or mercury.
  • the copper alloy is a high-performance copper alloy comprising chromium in a content of up to 1% and zirconium in a content of up to 1% marketed by the company Fisk Alloy under the Percon TM 24 name.
  • Copper and copper alloys have the disadvantage of being very sensitive to oxidation. It is therefore necessary to coat them with a coating resistant to oxidation by chemical or electrolytic means well known to those skilled in the art.
  • Nickel plating is in a preferred way a coatings capable of withstanding high temperatures while keeping good mechanical properties. Indeed, a silver coating weakens if it is exposed for a long time at high temperatures. After 100 h, the silver begins to oxidize in the interfacial zone. After 2000h, the oxidation layer has grown and the remaining silver forms coalescences. Copper or copper alloy must be coated with nickel to prevent corrosion.
  • nickel (25% IACS) has an impact on the conductivity of the conductor, especially when the latter is a copper alloy which by definition already has a lower conductivity than pure copper.
  • the central conductor is made of nickel-coated copper alloy, said alloy advantageously comprising between 0 and 1.5% by weight of iron, between 0 and 1% by weight of non-hexavalent chromium, between 0 and 0.5% by weight. of tin, between 0 and 1% by weight of zirconium and between 0 and 0.5% by weight of magnesium relative to the total weight of the alloy and is free of cadmium, cobalt, lead, beryllium and Mercury in particular a high performance copper alloy comprising chromium in a content of up to 1% by weight and zirconium in a content of up to 1% by weight marketed by Fisk Alloy under the name Percon TM 24.
  • the central conductor may consist of one or more strands, preferably several strands. Indeed the use of several strands makes it possible to obtain different constructions which can improve the flexibility of the final cable.
  • the number of strands also has an impact on the electrical conductivity in general: the more strands a conductor contains, the better its mechanical behavior (in particular the resistance to fatigue cycles and the flexibility) but its electrical performances are a little diminished.
  • the method of assembling the strands that form the final conductor may have some impact on the electrical phenomena involved in the high voltage (especially in terms of generation of corona effect).
  • the central conductor in general if the central conductor is not mono-stranded, it can contain 7, 19, 27, 37, 45, and 61 strands and 7 * 7.
  • the central conductor according to the present invention contains 19 or 37 strands, still more advantageously 19 strands.
  • the following assemblies can be used: twist, concentric (in particular 19, 61 or 37 strands), Equilay, semi-concentric, Unilay (in particular 19 strands) or Ropelay (in particular for 7 * 7 strands).
  • the central conductor contains 19 strands assembled in Unilay or 37 strands assembled concentrically. These two constructions show improved resistance to thermal aging in the short and long term. Even more advantageously the central conductor contains 19 strands assembled in Unilay. Indeed in the latter case, the life of the flexibility of the cable is improved and the corona effect is reduced by the geometric construction of the driver approaching a perfect circle.
  • the central conductor is made of copper alloy, in particular Percon TM 24 marketed by Fisk Alloy, coated with 10% nickel according to the 19 strand construction assembled in Unilay. This construction is characterized by very good conductivity (> 70% IACS).
  • the central conductor has a cross section of between 0.05 and 22 mm 2 , advantageously between 0.5 and 4.5 mm 2 , more advantageously between 3.5 and 4.4 mm 2 , and even more advantageously between 3.8 and 4.1 mm 2 .
  • This allows the cable to maintain flexibility while having the necessary conductivity.
  • the center conductor has a section of 3.9 mm 2 .
  • the central conductor can withstand continuous exposure to temperatures above 300 ° C without creep and maintaining excellent mechanical properties and very good conductivity.
  • the insulating material used for the manufacture of high voltage electrical cables is a dielectric material that is to say that does not conduct electricity.
  • the principle function of the dielectric is to maintain electrical insulation performance between the main conductor of the cable and the conductive elements (at ground potential) for a definite time and in a defined environment.
  • the main layer of insulating material disposed around the central conductor is formed by an extruded thermoplastic chosen from polyetherketones or PEK (more particularly PEEK HT G22 manufactured by Victrex), polyetherketoneetherketoneketones or PEKEKK ( more particularly reference PEEK ST G45 manufactured by Victrex) and their mixture.
  • PEK polyetherketones or PEK
  • PEKEKK more particularly reference PEEK ST G45 manufactured by Victrex
  • it is a polyetherketoneetherketoneketone and in particular that sold by Victrex under the name PEEK ST G45.
  • the polyetherketoneetherketoneketone has a higher temperature resistance than the polyetherketones. In addition they are easier to implement.
  • the inventor has demonstrated that when they were used as a layer of main insulating material in the manufacture of a high voltage electrical cable, these materials were able to withstand up to thermal stresses of: - 280 ° C for 2000 hours for static applications or for low amplitude folding movements (between +/- 1 ° and +/- 10 0 ).
  • thermoplastic polymers belonging to the same family such as polyetherketoneketone (PEKK) and polyetheretherketone (PEEK) which according to the manufacturers can also be used at a maximum temperature of 250.degree. C. have been found to possess insufficient thermal resistance (polyetheretherketone such as for example PEEK 151G sold by Victrex) or mechanical strength after insufficient thermal aging (polyetherketoneketone such as for example the OXPEKK CE marketed by Arkema) when they were in the form extruded or even in the form of a coating (Polyetheretherketone coating) which causes the appearance of cracks which therefore adversely affect their role of insulator.
  • PEKK polyetherketoneketone
  • PEEK polyetheretherketone
  • the main layer of insulating material has a thickness of between 0.1 and 3 mm, advantageously between 0.15 and 2 mm, more advantageously between 0.2 and 1.5 mm, even more advantageously between 0.5 and 1 mm, in particular the thickness is 1 mm.
  • This thickness is sufficient to isolate the central conductor while not being too thick so that the cable can keep some flexibility.
  • the cable according to the invention comprises a layer of additional insulating material around the main layer of insulating material, said layer of additional insulating material being formed by a thermosetting polymer resistant to temperatures that can up to 280 ° C, in particular a thermosetting polymer polyimide or polybenzimidazole.
  • a thermosetting polymer resistant to temperatures that can up to 280 ° C in particular a thermosetting polymer polyimide or polybenzimidazole.
  • the layer of material is advantageously in the form of a film.
  • the layer is advantageously in the form of ribbon.
  • the layer of additional insulating material is polyimide in the form of ribbon.
  • this additional layer of insulating material avoids the problems that may exist at the polymer / metal interface when the cable is surrounded by a metal shielding material. Indeed, the differences in thermal conductivity between a metal component and a thermoplastic insulating material that are both in close contact can create local stresses that can promote the formation of cracks. These cracks can cause a dielectric breakdown by contributing to the phenomenon such as the electrical tree. Since the heat comes mainly from the outside, especially when the cable is intended to be used near an engine, this additional layer of insulating material should rather be located around the main layer of insulating material, and in particular between the main layer of insulating material and the outer layer of shielding material.
  • the polyimide in particular in tape form, contains no adhesive, the cohesion of this layer with the central conductor being provided by the thermoplastic insulating main material.
  • the polyimide is a ribboned polyimide sold by the company Dupont De Nemours under the name Kapton HN, in particular Kapton 200H.
  • the layer of additional insulating material comprises between one and four wound polyimide ribbon layers, advantageously two or three layers of banded polyimide, and even more advantageously two layers of banded polyimide, with a coverage of between 25 and 75%, advantageously of 50%.
  • the layer of additional insulating material comprises two layers of polyimide tape with a coverage of 50%, in particular that marketed by Dupont De Nemours under the name Kapton HN, in particular Kapton 200H.
  • the layer of additional insulating material has a thickness between 15 and 75 ⁇ , more preferably between 20 and 60 ⁇ m, still more preferably between 25 and 50 ⁇ m, in particular about 50 ⁇ m.
  • the cable according to the present invention comprises an outer layer of metal shielding material, preferably made of the same material as the central conductor.
  • the outer layer of metal shielding material can deal with the problems caused by electromagnetic interference. It is therefore advantageous to add such a layer to the cable according to the present invention.
  • This layer can in particular be braided, wound in the form of sheets, a combination of sheets and braiding or in helical form.
  • the outer layer of metal shielding material of the cable according to the invention is braided. Indeed, the inventor has discovered that this configuration allows a very effective shielding, in particular as a shield against radiation, while maintaining sufficient flexibility during its lifetime.
  • the metal shielding material to be used to make this outer layer must indeed be a good shield against radiation.
  • the best metal material solution to be used to manufacture this outer shielding layer must be a compromise between good mechanical properties, particularly with regard to folding and flexibility, and good shielding efficiency, particularly as a barrier. that barrier against radiation.
  • it may be copper coated with nickel or a copper alloy coated with nickel.
  • it is a copper alloy coated with nickel.
  • the copper alloy must of course meet the new environmental standards such as those of the European directive RoHS (2002/95 / CE) revised in 2011.
  • the copper alloy comprises at least one alloy element selected from iron, aluminum and copper.
  • the copper alloy is free of cadmium, cobalt, lead, beryllium and / or mercury. Even more advantageously, it comprises between 0 and 1.5% by weight of iron, between 0 and 1% by weight of non-hexavalent chromium, between 0 and 0.5% by weight of tin, between 0 and 1% by weight of zirconium and between 0 and 0.5% by weight of magnesium relative to the total weight of the alloy and is free of cadmium, cobalt, lead, beryllium and Mercury.
  • the copper alloy and a high-performance copper alloy comprising chromium in a content of up to 1% and zirconium in a content of up to 1% marketed by the company Fisk Alloy under the denomination Percon TM 24.
  • the nickel coating thickness is between 7 and 11% by weight, preferably 10% by weight according to ASTM B355.
  • the shielding material is the same material as that of the central conductor, which makes it possible to obtain a shielding layer having good temperature resistance and good conductivity for grounding.
  • a layer of intermediate insulating material is interposed between the central conductor and the main layer of insulating material, said layer of intermediate insulating material being formed by a thermosetting polymer resistant to temperatures up to at 280 ° C, in particular a thermosetting polymer polyimide or polybenzimidazole.
  • the layer of material is advantageously in the form of a film.
  • the layer is advantageously in the form of ribbon.
  • the layer of additional insulating material is polyimide in ribbon form.
  • thermosetting insulating material makes it possible to avoid this type of problem.
  • the polyimide in particular in tape form, contains no adhesive, the cohesion of this intermediate layer with the central conductor being provided by the thermoplastic insulating main material.
  • the polyimide is a ribboned polyimide sold by the company Dupont De Nemours under the name Kapton HN, in particular Kapton 100H.
  • the layer of intermediate insulating material comprises between one and four layers of wound ribbon polyimide, advantageously two or three layers of banded polyimide, and even more advantageously two layers of banded polyimide, with a covering of between 25 and 75%, advantageously of 50. %.
  • the layer of intermediate insulating material comprises two layers of polyimide tape with a recovery of 50%, in particular that marketed by Dupont De Nemours under the name Kapton HN, in particular Kapton 100H.
  • the layer of intermediate insulating material has a thickness of between 15 and 75 ⁇ m, more advantageously between 20 and 60 ⁇ m, more advantageously between 25 and 50 ⁇ m, in particular about 25 ⁇ m.
  • the intermediate layer of insulating material and the additional layer of insulating material are both present in the cable according to the present invention in order to avoid problems of dielectric breakdown, that the temperature comes from outside or inside the driver. Indeed, the inventor has discovered that this construction is more advantageous to avoid dielectric breaks at very high temperatures.
  • the intermediate layer of insulating material and the additional layer of insulating material are manufactured using the same insulating material, in particular polyimide.
  • the additional layer having a thickness greater than the intermediate layer.
  • the thickness of the intermediate layer is 25 ⁇ m and the thickness of the additional layer is 50 ⁇ m.
  • the cable comprises the central conductor, the intermediate layer of insulating material disposed around the central conductor, the main layer of insulating material disposed around the intermediate layer, the additional layer of insulating material arranged around the main layer and the outer layer of shielding material disposed around the additional layer.
  • the cable according to the invention comprises an intermediate semiconducting layer interposed between the main layer of insulating material or the layer of additional insulating material if the latter is present and the outer layer of insulating material. shielding.
  • This semiconductor layer is intended to evacuate the electrostatic discharges due to the friction between the shielding layer and the layer or layers of insulating material, so that they do not reach the central conductor. This layer therefore makes it possible in particular to improve the service life of the high-voltage cable. Without this layer, the cable according to the present invention already has a good life. However, this layer has an additional advantage.
  • this semiconductor layer must have excellent elasticity so that it can follow the movement of the cable but without leaving the insulation. It is generally made from a polymer material loaded with a conductive filler. As before, this semiconductor layer must withstand the extreme conditions of use of the cable and therefore the material The polymer of which it is made must in particular withstand very high temperatures.
  • This layer may be made of thermosetting polymer or thermoplastic polymer resistant to very high temperatures.
  • the semiconductor layer is a polyimide ribbon loaded in the mass by a charge advantageously chosen from carbon black or carbon nanotubes. It may be in particular the material sold by Dupont De Nemours under the name Kapton 100XC10E5 or Kapton 100XC10E7.
  • the cable according to the invention comprises
  • the main layer of insulating material disposed around the central conductor the additional layer of insulating material disposed around the main layer, the intermediate semiconducting layer and the outer layer of shielding material arranged around the semiconductor layer.
  • the cable according to the present invention is able to withstand for at least 2000 hours without electrical failure:
  • the cable according to the present invention is manufactured by techniques well known to those skilled in the art. In particular the main insulation layer and extruded around the central conductor or the intermediate layer of insulating material if the latter is present.
  • the intermediate layer of insulating material when present, is wound around the central conductor.
  • the additional layer of insulating material when present, is wrapped around the main layer of insulating material. It is the same for the semiconductor layer when it is present which is wound around the additional layer.
  • the present invention also relates to the use of the cable according to the present invention in the petroleum field, in particular for prospecting equipment, aerospace, nuclear particularly for the areas close to the reactor, scientific research requiring extreme conditions, petroleum research, aeronautics and / or the military field.
  • the present invention will be better understood with reference to the following figures and examples.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the first embodiment of the cable according to the invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the third embodiment of the cable according to the invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the sixth embodiment of the cable according to the invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the seventh embodiment of the cable according to the invention.
  • the cable according to the invention illustrated in FIG. 1 comprises the main layer of insulating material (2) made of thermoplastic material extruded around the copper alloy core (1) marketed by the company Fisk Alloy under the name Percon 24 coated with 10 % nickel and having the Unilay 19 strand configuration.
  • the cable according to the invention illustrated in FIG. 2 comprises the main layer of insulating material (2) made of polyetherketoneetherketoneketone sold by Victrex under the name PEEK STG 45 extruded around the central conductor (1) made of copper alloy marketed by the company Fisk Alloy under the name Percon 24 coated with 10% nickel configuration Unilay 19 strands. It further comprises the additional layer (3) of thermosetting polyimide insulating material sold by Dupont De Nemours under the name Kapton 200H which is wound around the main layer of insulating material (2) and the outer layer of shielding (5). copper alloy sold by the company Fisk Alloy under the name Percon 24 coated with 10% nickel braided around the additional layer of insulating material (3).
  • the cable according to the invention illustrated in FIG. 3 comprises, in addition to the layers present in the cable illustrated in FIG. 2, the intermediate layer of polyimide thermosetting insulating material (4) marketed by the Pont du Pont company. Nemours under the name Kapton 100H wrapped around the central conductor (1).
  • the main layer of the insulating material (2) made of polyetherketoneetherketoneketone sold by Victrex under the name PEEK STG 45 is thus extruded around this intermediate layer (4).
  • the cable according to the invention illustrated in FIG. 4 comprises, in addition to the layers present in the cable illustrated in FIG. 3, the layer of dielectric material (6) arranged around the additional layer (3), the shielding layer ( 5) being braided on this layer of dielectric material (6).
  • Example 1 selection and evaluation of the material of the central conductor
  • the tests were carried out on a mono-strand configuration.
  • the materials tested were either copper or a particular copper alloy (the Percon 24 marketed by Fisk Alloy) with different thicknesses of nickel coating. These different materials are found in Table 1 below:
  • NPC nickel
  • NPC nickel
  • mechanical characterization test dimension measurement (D)
  • RAA alternating flexural strength
  • a & CR elongation and breaking load
  • RS linear resistance
  • RL linear resistance
  • thermal critical test thermal stability (ST) which corresponds to aging at short term
  • thermal aging (VT) thermal aging (VT) which corresponds to long-term aging).
  • thermal characterization mechanical and electrical tests are carried out after storing the materials at a given temperature for a given time and the results are compared with those obtained initially to verify if these characteristics have been modified.
  • Ni Percon24 136.5Q / km +/- 27% Ni Percon24: 135.23 ⁇ / km 10% 10% Ni Percon24: 109.59 ⁇ / km
  • Ni Percon24 109.73Q / km +/- 7%
  • Ni Percon 24 102.56 ⁇ / km
  • NPC 27% Ni: 107.79 ⁇ / km
  • Ni Percon 24 110 ⁇ / km +/- NPC 1.5%
  • Ni Percon24 450 MPa & 6% 27% Ni Percon24: 534.57 MPa & mini 7.02% 10% Ni Percon24: 10% Ni Percon24: 557,83MPa &
  • NPC 27% Ni NPC 27% Ni: 301.92MPa & 270MPa & 15% mini 26.25%
  • NPC 1 5% Ni: NPC 1,5% Ni: 261,17MPa & 250MPa & 20% mini 26,47%
  • Ni Percon24 thickness 10% Ni Percon24: 11.54 to 12.48 12,01pm mini pm
  • the 27% nickel-coated Percon 24 copper alloy is distinguished only from other materials by its alternating flexural strength performance which is 50 times greater than for the other nickel coated Percon 24s.
  • This performance decreases after 168 hours of aging and falls to be only 25% higher compared to the Percon 24 coated with 7% nickel and 15% higher compared to the Percon 24 coated with 10% nickel.
  • nickel coated copper appears to be relatively weak. Tensile strength is better for the Percon series 24 only for copper coated with nickel. Among the Percon 24, the Percon 24 coated with 10% nickel and the Percon 24 coated with 27% nickel are equivalent in terms of tensile strength.
  • nickel coating thicknesses of 7 or 10% are sufficient to keep good mechanical characteristics.
  • the best compromise between these two thicknesses of coating seems to be the thickness of 10% nickel.
  • Percon 24 coated with 10% nickel shows a high resistance to traction and alternating flexion combined with good conductivity. It differs from Percon 24 coated with 7% nickel in terms of tensile strength. Aging has relatively little influence on these properties.
  • the material that was used in the rest of the examples is Percon 24 coated with 10% nickel marketed by Fisk Alloy.
  • Example 2 The same tests as those used to choose the most suitable material in Example 1 were carried out on the different constructions. Additional tests were implemented: weldability (S) according to IEC 68-2-69 or NF A 89-400, torsional torque (CT) and temperature rise under amperage variation (ET).
  • S weldability
  • CT torsional torque
  • ET temperature rise under amperage variation
  • thermocouples attached to the cable.
  • the temperature rise must not exceed 10 ° C for an applied current of 6 and 12 A.
  • the preferred constructions are 19 * 0.511 Unilay and 37 * 0.361 concentric. Indeed, in particular their results in the alternating flexural strength tests are among the best even after aging at high temperature.
  • the concentric 19 * 0 511 construction has the lowest alternating flexural strength of all constructions. It is for this reason that it is not the preferred construction.
  • the 19 * 0.511 Unilay construction will be preferred because it has better resistance to alternating bending.
  • the driver will have the construction 19 * 0.511 Unilay
  • Example 3 Selection and evaluation of the layer of main insulating material
  • PEEK PEEK 151G insufficient thermal and marketed by the too rigid.
  • PEK Polyetherketone
  • the cable in which the main insulation layer (2) is made of AURUM PL450C material was severely affected during the aging test at 280 ° C. The damage results in a change in its appearance and the appearance of several cracks. The material becomes very brittle. Even manual manipulation can easily break the insulation. This material can not therefore be used as an insulator in the context of the cables according to the present invention.
  • the OXPEKK C-E material was the most difficult to implement among the four materials tested.
  • the cable in which the main insulation layer (2) is made of OXPEKK C-E material did not pass the winding test at room temperature. Indeed several major cracks appeared after the completion of this test. This material can not therefore be used as an insulator in the context of the cables according to the present invention.
  • the other two materials are particularly interesting for the production of cables according to the present invention. Indeed, their mechanical characteristics are not really affected by the aging phases. The variations of the mechanical characteristics do not exceed 10 to 20%, which is not really significant given the tolerance of the measurements of this type of test. These materials still have good flexibility even after 200 hours of heat treatment at 280 ° C as demonstrated by the winding test. A decrease in elongation can be observed after thermal aging at 280 ° C which is normal for a semi-crystalline material. At 280 ° C the material reaches its maximum crystallinity and this structure is characterized by a lower elongation.
  • PEEK STG 45 has a slightly higher melting temperature which makes it more attractive for high temperature applications. This difference was observed during the high current test where it was noticed that the PEEK HT G22 material melted before the PEEK STG45 material. In view of all these elements, the preferred material is PEEK STG45. It is therefore this material that will be chosen in the rest of the tests and examples.
  • thermosetting layers between the outer layer of metal shielding and the thermoplastic layer to avoid problems that may appear at the metal / polymer interface at high temperature. The question may also arise whether such a layer may also be present between the main layer of thermoplastic insulating material and the central conductor. Two configurations and have been tested:
  • the first is similar to that shown in Figure 2 with the exception of the absence of the layer (5) of metal shielding.
  • the second is similar to that shown in Figure 3 with the exception of the absence of the metal shielding layer (5).
  • the central conductor (1) is in the alloy Percon 24 coated with 10% nickel sold by the company Fisk Alloy with the construction 19 * 0.511 Unilay.
  • the layer of main insulating material (2) is PEEK STG45 extruded with a thickness of 1 mm.
  • thermosetting polyimide layer (3) made of KAPTON 200 HN tape sold by Dupont De Nemours is wound on the main layer of insulating material (2) to form two layers with a covering of 50% and having a thickness 50 pm.
  • a polyimide intermediate layer (4) made of KAPTON 100 HN tape sold by Dupont De Nemours is wound on the center conductor (1) to form 2 layers with a 50% overlap and having a thickness of 25 ⁇ m.
  • a central conductor (1) made of copper alloy Percon 24 coated with 10% of nickel marketed by the company Fisk Alloy having the construction 19 * 0.511 Unilay on which is wound a polyimide intermediate layer (4) made of tape KAPTON 100 HN sold by the company Dupont De Nemours to form 2 layers with a coverage of 50% and having a thickness of 25 pm.
  • the layer of main insulating material (2) is PEEK STG45 extruded with a thickness of 1 mm.
  • An additional thermosetting polyimide layer (3) made of KAPTON 200 HN tape sold by the Dupont De Nemours company is wound on the main layer of insulating material (2) to form 2 layers with an overlap of 50% and having a thickness of 50 ⁇ m.
  • a layer of outer metal shielding material (5) is woven based on Percon 24 copper alloy coated with 10% nickel marketed by Fisk Alloy, each strand having a diameter of 0.127 mm.
  • aging tests high voltage thermal cycle (5kV DC) from -80 ° C to +180 ° C: 100 cycles with a temperature ramp of 2 ° C per minute and 1 hour of maintenance at each plateau
  • irradiation test with a dose of 200 Mrad at each stage of the aging: initial stage, after thermal cycle, after thermal aging).
  • the mechanical properties are in conformity.
  • the winding test which is carried out at each phase of aging is still in conformity and shows that the cable retains its mechanical properties even after exposure to 280 ° C under high voltage.
  • the cable After irradiation: no degradation of the mechanical or electrical properties is observed.
  • the cable keeps its mechanical and electrical properties compliant after a thermal cycle and an aging phase at 280 ° C under high voltage (5 kV).
  • High temperature dielectric strength the insulating material shows high electrical properties even at very high temperatures. At 300 ° C, the dielectric breakdown of aged samples is always greater than 10kV AC. These results show that the proposed construction meets the requirements for maximum voltage combined with maximum temperature.
  • Partial discharge measurements in view of the overall results, the insulation material is homogeneous in its initial state and has not been significantly degraded during the aging phases. In view of all the results of the evaluation of the cable and its various components presented in Examples 1 to 3, it can be concluded that the Insulating material was not significantly damaged during thermal aging and after irradiation. The main effects observed are a stiffening of the material is a darker color. Finally, the cold bending results comply with the required conditions.
  • the selected conductor in the first evaluation part (example 1), is able to withstand very high temperature for a long time. Its design meets the requirements of the maximum voltage and the risk of oxidation is absent due to the defined thickness of the nickel coating.
  • the test results show that the selected construction is capable of withstanding a large number of large amplitude bending cycles and that high temperature aging has only a small impact in the case of low amplitude movements.
  • the final assembly of the chosen construction is suitable for high voltage applications because of its external shape.
  • the evaluation showed that the combination of aging phases followed by winding tests was not sufficient to damage the insulation. Partial discharge measurements revealed the absence of micro defects during the aging of the insulating material.

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  • Insulated Conductors (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un câble électrique haute tension comprenant un conducteur central (1) en cuivre ou alliage de cuivre revêtu de nickel et au moins une couche principale d'un matériau isolant (2) disposée autour du conducteur central (1), ladite couche de matériau isolant étant formée par un thermoplastique extrudé choisi parmi les polyéthercétones, les polyéthercétoneéthercétonecétones et leurs mélanges. Elle concerne également l'utilisation du câble dans le domaine aérospatial et/ou nucléaire et/ou recherche scientifique et/ou recherche pétrolière.

Description

CABLE ELECTRIQUE HAUTE TENSION ADAPTE AUX CONDITIONS
EXTREMES
La présente invention concerne le domaine des câbles électriques haute tension résistant à des conditions extrêmes destiné à l'aérospatiale, au nucléaire, à la recherche scientifique et/ou à la recherche pétrolière.
Certains domaines d'application requièrent des conditions d'utilisation extrêmes. Le domaine pétrolier recherche des matériaux capables de tenir à des températures élevées (200°C et +) combinées avec une tenue à des pressions élevées (300 à 700 bars par exemple) ainsi qu'une excellente résistance aux produits chimiques (carburants, hydrocarbures etc.).
Le domaine de la recherche scientifique (accélération de particules, fusion ou fission nucléaire etc.) s'intéresse plutôt à la tenue aux radiations des polymères associée à une résistance aux températures cryogéniques et à un niveau de dégazage très faible.
Les applications en centrale nucléaire quant à elles recherchent des tenues très élevées aux radiations et une qualité isolante pour de faibles épaisseurs.
Le domaine spatial quant à lui requière la combinaison du gain de poids, d'une très bonne tenue aux radiations, d'une résistance à des températures de plus en plus élevées (250°C et plus), d'une forte intensité et de faible dégazage. L'exigence de faible dégazage est très importante car les applications pour la recherche ou le domaine spatial s'opèrent dans un environnement de vide poussé (1 à 10-12 mbar). Cette propriété désigne la quantité de composés volatiles relâchés par un composant ou un matériau lorsqu'il est soumis à un vide poussé. La condensation de ces composés sur des organes sensibles tels que des capteurs ou des optiques peut être à l'origine d'erreurs de mesure ou de disfonctionnements. La norme spatiale ECSS-Q-70-02 est utilisée pour caractériser le dégazage d'un matériau ou composant. Selon cette norme, la teneur en matériaux volatiles condensables collectés (CVCM) doit être inférieure à 0,1% et la perte de masse totale du matériau sans compter l'eau (RML) doit être inférieure à 1%.
L'augmentation de la puissance des équipements impliquent aussi que les câbles de nouvelles générations puissent être capables de transporter des tensions de plus en plus élevées. Ces applications, dites haute tension, sont devenues courantes dans des domaines telles que le spatial, le militaire ou la recherche. Les radiations sont connues pour être un facteur de vieillissement critique dans les domaines du spatial ou du nucléaire. Ces différents rayonnements ionisants font partie intégrante de ces applications et peuvent atteindre des doses très élevées dans certains cas (plusieurs centaines de megarads).
Pour terminer, la température maximale d'utilisation est aussi un critère très important. Les applications spatiales ou nucléaires peuvent requérir des températures supérieures à 250 °C. C'est aussi le cas des applications aéronautiques ou militaires. Une autre tendance observée est celle d'utiliser les fils ou câbles à leur limite thermique non pas par l'environnement extérieur mais plutôt par réchauffement généré par le passage d'un courant élevé.
Tous ces secteurs sont demandeurs de propriétés dont les limites sont sans cesse repoussées. De plus, l'élaboration d'une solution commune à toutes ces applications suppose de tenir compte de l'effet combiné de ces différents facteurs que sont la température, les radiations et la tension.
Il est donc nécessaire de pouvoir fabriquer un câble capable de répondre à l'ensemble des exigences des domaines cités ci-dessus ; à savoir en particulier :
- Le domaine nucléaire
- Le domaine de la recherche scientifique ou fondamentale
- Le domaine de l'aérospatial
- Le domaine pétrolier, en particulier de la prospection
- Et tous les domaines dont les exigences sont similaires.
Le câble est constitué par une combinaison de matériaux de différentes natures (métalliques et polymères) qui doivent dans leur ensemble être capable de supporter des températures entre -150°C et 280°C, une dose de radiation jusqu'à 200 Rad, une tension de fonctionnement jusqu'à 5 000 volts. De plus, le câble doit répondre aux normes de dégazage du domaine spatial mais aussi garder une certaine flexibilité en particulier pour voir supporter des mouvements mécaniques de flexions de faible amplitude pendant son fonctionnement (entre 1 et 20° par exemple).
Il est en particulier difficile de trouver un matériau isolant permettant de répondre à ces exigences extrêmes. En effet les matériaux polymères sont très sensibles aux températures élevées.
Certains matériaux thermodurcissables comme les élastomères et les silicones sont capables de supporter de hautes températures, mais ils ne répondent pas à toutes les exigences et plus particulièrement à celles concernant le dégazage et les basses températures (entre -50°C et -150°C).
En outre bien que les résines thermodurcissables polyimides soient en générale également résistantes à de hautes températures et à des conditions extrêmes, elles sont difficiles à mettre en œuvre pour fabriquer un câble. En effet, pour des fils à partir d'un certain diamètre, elles ne sont utilisables que sous forme rubanés afin d'avoir suffisamment de cohésion avec le conducteur central et donc d'éviter le délaminage lors de l'utilisation du câble, il est en général nécessaire de leur adjoindre un adhésif ou un revêtement qui lui-même ne résiste pas à ces conditions extrêmes.
Les ultra polymères, en particulier en thermoplastique, ont un excellent comportement électrique et mécanique, mais sont limités en température à 260°C. La résistance aux radiations étant une propriété intrinsèque du matériau, certains thermoplastiques de haute performance sont connus pour avoir une bonne résistance aux rayonnements ionisants. Toutefois, ils font aussi souvent preuves d'une rigidité importante avec des risques de fragilité lorsqu'ils sont exposés à des températures très basses.
Parmi ceux-ci, il est connu que les résines thermoplastiques du type Polyetheréthercétone peuvent résister à des températures pouvant aller jusqu'à 260 °C d'après les indications des fabricants. Ainsi, la demande de brevet EP 0 197 227 décrit un câble électrique notamment pour usage aérospatial dont le matériau isolant peut-être à base de Polyétheréthercétone. Toutefois il est à remarquer que le câble décrit dans ce document peut être revêtu par un vernis qui ne résiste pas à des températures pouvant aller jusqu'à 280 °C. En effet comme indiqué dans ce document page 4 ligne 2, la couche de vernis ne doit résister qu'à une température d'au plus 150 °C. En outre le câble comporte une deuxième couche isolante à base de bande de résines polyimide rubané. Pour permettre le collage des couches de la bande entre elles, cette couche est muni d'un revêtement thermoplastique de copolymères d'éthylène et de propylène fluoré (page 4, ligne 14 - 16) .Or ce type de matériau ne résiste pas aux radiations.
Par ailleurs les inventeurs ont découvert que les résines polyétheréthercétone décrites dans ce document et polyéthercétonecétone extrudées ou sous forme de revêtement n'avaient pas une tenue thermique suffisante à 280 °C ou ne présentaient pas une tenue mécanique suffisante après vieillissement thermique à de telles températures.
Pour toutes ces raisons le câble électrique décrit dans ce document n'était pas utilisable dans des conditions extrêmes, en particulier de hautes températures. Le besoin demeure donc de pouvoir fabriquer un câble électrique haute tension résistant à de telles conditions extrêmes.
De façon surprenante, l'inventeur a découvert que certains matériaux isolants appartenant pourtant à la même famille que les résines thermoplastiques polyétheréthercétone et polyéthercétonecétone, pouvaient être utilisés dans des câbles haute-tension destinés à des conditions extrêmes sans défaillance électrique.
L'inventeur a également découvert que pour obtenir les propriétés les plus intéressantes le conducteur central devait être fabriqué dans un matériau conducteur particulier revêtu de nickel. Ce revêtement pouvait être d'une épaisseur bien plus faible que celle préconisée habituellement tout en offrant une protection efficace contre la corrosion pour une utilisation pouvant aller jusqu'à 280° C. Cette faible épaisseur évite donc une perte de conductivité trop importante du matériau conducteur en particulier lorsque ce dernier est sous forme d'alliage.
Enfin l'inventeur a découvert une construction particulièrement intéressante du câble haute tension électrique, en particulier en utilisant un isolant multicouche, qui lui permet d'être le plus performant dans les conditions extrêmes.
La présente invention concerne donc un câble électrique haute tension comprenant un conducteur central en cuivre revêtu de nickel ou alliage de cuivre revêtu de nickel et au moins une couche principale d'un matériau isolant disposée autour du conducteur central, ladite couche de matériau isolant étant formée par un thermoplastique extrudé choisi parmi les polyéthercétones, les polyéthercétoneéthercétonecétones et leurs mélanges. Au sens de la présente invention on entend par câble haute-tension, un câble capable de supporter des tensions supérieures à 1000V en courant alternatif ou à 1600V en courant continu, sans dépasser les 50 000 V. Avantageusement le câble est capable de supporter des tensions supérieures à 3500V (moyenne tension), plus avantageusement une tension inférieure à 10 000 V, encore plus avantageusement une tension d'environ 5000V.
Le conducteur central ou âme conductrice doit remplir les exigences de conductivité combinées à la résistance thermique. Le but du conducteur est de permettre le passage d'une quantité importante d'électricité caractérisée par un ampérage élevé. En effet dans le cadre de la présente invention le conducteur peut recevoir une tension pouvant aller jusqu'à 5 kV et un ampérage pouvant aller jusqu'à 12 A. Le câble selon l'invention devant présenter une masse la plus optimisée possible, il n'est pas possible d'utiliser des matériaux de trop faible conductivité qui nécessiterait donc de surdimensionner le conducteur central. Ainsi seul le cuivre et les alliages de cuivre remplissent ces exigences. En effet, d'autres métaux tels que le nickel seul par exemple, malgré leur excellente résistance thermique, ne peuvent être utilisés dans le câble selon l'invention en raison de leur très faible conductivité électrique. L'aluminium quant à lui est un métal de poids faible, mais inutilisable pour une utilisation à des températures élevées en raison du taux d'allongement important à partir de 260°C. Par ailleurs, ce matériau se caractérise par une conductivité très faible (25-30% de l'IACS, (International Annealed Copper Standard, l'unité de conductivité électrique pour les métaux et alliage dont la référence est celle du cuivre : 100% d'IACS. Ainsi la valeur IACS de 100% correspond à une conductivité de 5,8MS/m)) et montre des difficultés à être connecté.
L'alliage de cuivre doit bien sûr répondre aux nouvelles normes environnementales telles que celles de la directives Européenne RoHS (2002/95/CE) révisée en 2011. Avantageusement l'alliage de cuivre comprend au moins un élément allié choisi parmi le fer, le chrome non héxavalent, l'étain, le magnésium, le zirconium et leur mélange, en particulier le chrome, le zirconium et leur mélange, particulièrement un mélange de chrome et zirconium. De façon avantageuse, l'alliage de cuivre est exempt de cadmium, cobalt, plomb, béryllium et/ou mercure. De façon encore plus avantageuse, il comprend entre 0 et 1,5 % en poids de fer, entre 0 et 1 % en poids de chrome non héxavalent, entre 0 et 0,5 % en poids d'étain, entre 0 et 1% en poids de zirconium et entre 0 et 0, 5 % en poids de magnésium par rapport au poids total de l'alliage et est exempt de cadmium, cobalt, plomb, béryllium et Mercure. Encore plus avantageusement, l'alliage de cuivre est un alliage de cuivre haute performance comprenant du chrome en une teneur pouvant aller jusqu'à 1% et du zirconium en une teneur pouvant aller jusqu'à 1% commercialisé par la société Fisk Alloy sous la dénomination Percon™ 24.
Le cuivre et les alliages de cuivre présentent l'inconvénient d'être très sensibles à l'oxydation. Il est donc nécessaire de les revêtir par un revêtement résistant à l'oxydation par des moyens chimiques ou électrolytiques bien connus de l'homme du métier.
Le nickelage est de manière privilégiée un des revêtements capable de supporter de hautes températures tout en gardant de bonnes propriétés mécaniques. En effet, un revêtement argent s'affaiblit s'il est exposé pendant une longue période à des températures élevées. Après lOOh, l'argent commence à s'oxyder dans la zone interfaciale. Après 2000h, la couche d'oxydation a grandi et l'argent restant forme des coalescences. Le cuivre ou l'alliage de cuivre doit donc être revêtu de nickel afin d'éviter la corrosion.
Malheureusement le nickel (25% IACS) a un impact sur la conductivité du conducteur, en particulier lorsque ce dernier est un alliage de cuivre qui par définition a déjà une conductivité plus faible que le cuivre pur.
Il a été découvert de façon surprenante par l'inventeur que le meilleur compromis entre prévention de la corrosion (qui est particulièrement importante au niveau des utilisations dans l'aérospatiale en raison de la présence d'oxygène atomique), et conductivité est une épaisseur de revêtement de nickel sur le conducteur central comprise entre 7 et 11 % en poids, avantageusement 10 % en poids selon la norme ASTM B355. Dans l'art antérieur on privilégiait plutôt un revêtement d'au moins 27 % en poids. En effet, pendant une exposition prolongée à de hautes températures, il y a une migration du nickel dans le cuivre. Cette migration peut entraîner une réduction de la couche de nickel et ainsi exposer le conducteur à des risques d'oxydation.
Avantageusement le conducteur central est en alliage de cuivre revêtu de nickel, ledit alliage comprenant avantageusement entre 0 et 1,5 % en poids de fer, entre 0 et 1 % en poids de chrome non héxavalent, entre 0 et 0,5 % en poids d'étain, entre 0 et 1% en poids de zirconium et entre 0 et 0, 5 % en poids de magnésium par rapport au poids total de l'alliage et est exempt de cadmium, cobalt, plomb, béryllium et Mercure en particulier un alliage de cuivre haute performance comprenant du chrome en une teneur pouvant aller jusqu'à 1% en poids et du zirconium en une teneur pouvant aller jusqu'à 1% en poids commercialisé par la société Fisk Alloy sous la dénomination Percon™ 24.
Le conducteur central peut se composer de un ou plusieurs brins, avantageusement de plusieurs brins. En effet l'utilisation de plusieurs brins permet d'obtenir différentes constructions qui peuvent améliorer la flexibilité du câble final. Le nombre de brins a également un impact sur la conductivité électrique en général : plus un conducteur contient de brins, meilleur est son comportement mécanique (en particulier la résistance aux cycles de fatigue et la flexibilité) mais ses performances électriques sont un peu diminués. En outre, le mode d'assemblage des brins qui forment le conducteur final peut avoir un certain impact sur les phénomènes électriques impliqués dans la haute tension (surtout en terme de génération d'effet corona).
En général si le conducteur central n'est pas mono brin, il peut contenir 7, 19, 27, 37, 45, et 61 brins et 7*7. Avantageusement le conducteur central selon la présente invention contient 19 ou 37 brins, encore plus avantageusement 19 brins. Suivant le nombre de brins, les assemblages suivants peuvent être utilisés : tordons, concentriques (en particulier 19, 61 ou 37 brins), Equilay, semi- concentriques, Unilay (en particulier 19 brins) ou Ropelay (en particulier pour-7 * 7 brins). Avantageusement le conducteur central contient 19 brins assemblés en Unilay ou 37 brins assemblés en concentriques. Ces deux constructions montrent une résistance améliorée au vieillissement thermique à court et à long terme. Encore plus avantageusement le conducteur central contient 19 brins assemblés en Unilay. En effet dans ce dernier cas, la durée de vie de la flexibilité du câble est améliorée et l'effet corona est diminué de par la construction géométrique du conducteur s'approchant d'un cercle parfait.
Ainsi dans un mode de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention le conducteur central est en alliage de cuivre, en particulier Percon™ 24 commercialisé par Fisk Alloy, revêtu de 10 % de nickel selon la construction 19 brins assemblée en Unilay. Cette construction se caractérise par une très bonne conductivité (>70% IACS).
Dans un mode de réalisation avantageuse le conducteur central a une section comprise entre 0,05 et 22 mm2, avantageusement entre 0,5 et 4,5 mm2, plus avantageusement entre 3,5 et 4,4 mm2, encore plus avantageusement entre 3,8 et 4,1 mm2. Ceci permet au câble de garder une certaine flexibilité tout en ayant la conductivité nécessaire. Ainsi en moyenne, le conducteur central a une section de 3,9 mm2.
Avantageusement le conducteur central peut supporter une exposition continue à des températures supérieures à 300 °C sans subir de fluage et en gardant d'excellentes propriétés mécaniques et une très bonne conductivité.
Le matériau isolant utilisé pour la fabrication de câbles électriques haute tension est un matériau diélectrique c'est-à-dire qui ne conduit pas l'électricité. La fonction principe du diélectrique est de maintenir les performances d'isolation électrique entre le conducteur principal du câble et les éléments conducteurs (au potentiel de terre) pendant une durée de temps défini et dans un environnement défini.
Dans le cadre de la présente invention, la couche principale de matériau isolant disposée autour du conducteur central est formée par un thermoplastique extrudé choisi parmi les polyéthercétones ou PEK (plus particulièrement le PEEK HT G22 fabriqué par la société Victrex), les polyéthercétoneéthercétonecétones ou PEKEKK (plus particulièrement la référence PEEK ST G45 fabriqué par la société Victrex) et leur mélange. Avantageusement il s'agit d'un polyéthercétoneéthercétonecétone et en particulier celui vendu par la société Victrex sous la dénomination PEEK ST G45. En effet, les polyéthercétoneéthercétonecétone ont une résistance aux températures élevées un peu plus importantes que les polyéthercétones. En outre ils sont plus faciles à mettre en œuvre.
Bien que ces matériaux soient indiqués par les fabricants comme ne pouvant être utilisés qu'à une température maximale de 250 °C, l'inventeur a découvert de façon surprenante qu'ils pouvaient être utilisés dans le cas de la présente invention jusqu'à une température d'au moins 280 °C.
En outre l'inventeur a mis en évidence que lorsqu'ils étaient utilisés en tant que couche de matériau isolant principal dans la fabrication d'un câble électrique haute tension, ces matériaux étaient capables de résister jusqu'à des contraintes thermiques de : - 280 °C pendant 2000 heures pour des applications statiques ou pour des mouvements de pliage de faible amplitude (entre +/- 1° et +/-100).
- 280°C pendant 500 heures pour des applications dynamiques demandant des pliages mécaniques de grande amplitude (jusque +/-900).
Ceci est tout à fait surprenant puisque des polymères thermoplastiques appartenant à la même famille telle que les polyéthercétonecétone (PEKK) et les polyétheréthercétone (PEEK) qui d'après les fabricants peuvent être également utilisé à une température maximale de 250 °C se sont avérés posséder une tenue thermique insuffisante (Polyétheréthercétone tel que par exemple le PEEK 151G commercialisés par la société Victrex) ou une tenue mécanique après vieillissement thermique insuffisante (Polyéthercétonecétone tel que par exemple la référence OXPEKK C-E commercialisée par la société Arkema) lorsqu'ils se trouvaient sous forme extrudée ou même un sous forme de revêtement (revêtement de Polyétheréthercétone) ce qui provoque l'apparition de craquelures qui nuisent donc à leur rôle d'isolant.
Avantageusement, la couche principale de matériau isolant a une épaisseur comprise entre 0,1 et 3 mm, avantageusement entre 0,15 et 2mm, plus avantageusement entre 0,2 et 1,5 mm, encore plus avantageusement entre 0,5 et 1mm, en particulier l'épaisseur est de 1 mm. Cette épaisseur est suffisante pour isoler le conducteur central tout en n'étant pas trop épaisse pour que le câble puisse garder une certaine flexibilité.
Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, le câble selon l'invention comprend une couche de matériau isolant supplémentaire autour de la couche principale de matériau isolant, ladite couche de matériau isolant supplémentaire étant formée par un polymère thermodurcissable résistant à des températures pouvant aller jusqu'à 280°C, en particulier un polymère thermodurcissable polyimide ou polybenzimidazole. Dans le cas des polybenzimidazole, la couche de matériau est avantageusement sous forme de film. Dans le cas des polyimides, la couche est avantageusement sous forme de ruban. De façon avantageuse, la couche de matériau isolant supplémentaire est en polyimide sous forme de ruban.
En effet, l'inventeur a découvert que cette couche supplémentaire de matériau isolant permettait d'éviter les problèmes qui peuvent exister à l'interface polymère/métal lorsque le câble est entouré par un matériau de blindage métallique. En effet les différences de conductivité thermique entre un composant métallique et un matériau isolant thermoplastique qui sont tous les deux en contact proche peuvent créer des contraintes locales qui peuvent favoriser la formation de craquelures. Ces craquelures peuvent entraîner une rupture diélectrique en contribuant au phénomène tel que l'arborescence électrique. Puisque la chaleur vient principalement de l'extérieur, en particulier lorsque le câble est destiné à être utilisé près d'un moteur, cette couche supplémentaire de matériau isolant doit plutôt être située autour de la couche principale de matériau isolant, et en particulier entre la couche principale de matériau isolant et la couche externe de matériau de blindage.
Dans le cadre de la présente invention le polyimide, en particulier sous forme rubané, ne contient aucun adhésif, la cohésion de cette couche avec le conducteur central étant assurée par le matériau principal isolant thermoplastique. Avantageusement le polyimide est un polyimide rubané vendu par la société Dupont De Nemours sous la dénomination Kapton HN, en particulier Kapton 200H.
Avantageusement la couche de matériau isolant supplémentaire comprend entre une et quatre couches polyimide rubané enroulé, avantageusement deux ou trois couches de polyimide rubané, encore plus en avantageusement 2 couches de polyimide rubané, avec un recouvrement compris entre 25 et 75 %, avantageusement de 50 %. De façon avantageuse la couche de matériau isolant supplémentaire comprend deux couches de polyimide rubané avec un recouvrement de 50 %, en particulier celui commercialisé par la société Dupont De Nemours sous la dénomination Kapton HN, en particulier Kapton 200H. Avantageusement la couche de matériau isolant supplémentaire a une épaisseur comprise entre 15 et 75 μητι, plus avantageusement entre 20 et 60 pm, encore plus avantageusement entre 25 et 50 pm, en particulier d'environ 50 pm.
Dans un troisième mode de réalisation d'invention, le câble selon la présente invention comprend une couche externe de matériau de blindage métallique, avantageusement fabriqué dans le même matériau que le conducteur central. La couche externe de matériau de blindage métallique permet de traiter les problèmes causés par les interférences électromagnétiques. Il est donc avantageux d'ajouter une telle couche au câble selon la présente invention. Il existe une grande variété de modèles et configurations de matériau de blindage. Cette couche peut en particulier être tressée, enroulée sous forme de feuilles, une combinaison de feuilles et de tressage ou sous forme hélicoïdale. Avantageusement, la couche externe de matériau de blindage métallique du câble selon l'invention est tressée. En effet, l'inventeur a découvert que cette configuration permettait un blindage très efficace, en particulier en tant que bouclier contre les radiations, tout en maintenant une flexibilité suffisante pendant sa durée de vie.
Le matériau de blindage métallique à utiliser pour réaliser cette couche externe doit en effet être un bon bouclier contre les radiations. La meilleure solution de matériau métallique à utiliser pour fabriquer cette couche externe de blindage doit être un compromis entre de bonnes propriétés mécaniques, en particulier en ce qui concerne le pliage et la flexibilité, et une bonne efficacité en tant que blindage, en particulier en tant que barrière contre les radiations. Il peut en particulier s'agir de cuivre revêtu de nickel ou d'un alliage de cuivre revêtu de nickel. Avantageusement il s'agit d'un alliage de cuivre revêtu de nickel. L'alliage de cuivre doit bien sûr répondre aux nouvelles normes environnementales telles que celles de la directives Européenne RoHS (2002/95/CE) révisée en 2011. Avantageusement l'alliage de cuivre comprend au moins un élément allié choisi parmi le fer, le chrome non héxavalent, l'étain, le magnésium, le zirconium et leur mélange, en particulier le chrome, le zirconium et leur mélange, particulièrement un mélange de chrome et zirconium. De façon avantageuse, l'alliage de cuivre est exempt de cadmium, cobalt, plomb, béryllium et/ou Mercure. De façon encore plus avantageuse, il comprend entre 0 et 1,5 % en poids de fer, entre 0 et 1 % en poids de chrome non héxavalent, entre 0 et 0,5 % en poids d'étain, entre 0 et 1% en poids de zirconium et entre 0 et 0, 5 % en poids de magnésium par rapport au poids total de l'alliage et est exempt de cadmium, cobalt, plomb, béryllium et Mercure. Encore plus avantageusement, l'alliage de cuivre et un alliage de cuivre haute performance comprenant du chrome en une teneur pouvant aller jusqu'à 1% et du zirconium en une teneur pouvant aller jusqu'à 1% commercialisé par la société Fisk Alloy sous la dénomination Percon™ 24. De façon avantageuse, l'épaisseur de revêtement de nickel est comprise entre 7 et 11 % en poids, avantageusement 10 % en poids selon la norme ASTM B355.
Avantageusement le matériau de blindage est le même matériau que celui du conducteur central ce qui permet d'obtenir une couche de blindage ayant une bonne tenue en température et une bonne conductivité pour la mise à la masse.
Dans un quatrième mode de réalisation de l'invention une couche de matériau isolant intermédiaire est intercalée entre le conducteur central et la couche principale de matériau isolant, ladite couche de matériau isolant intermédiaire étant formée par un polymère thermodurcissable résistant à des températures pouvant aller jusqu'à 280°C, en particulier un polymère thermodurcissable polyimide ou polybenzimidazole. Dans le cas des polybenzimidazole, la couche de matériau est avantageusement sous forme de film. Dans le cas des polyimides, la couche est avantageusement sous forme de ruban. De façon avantageuse, la couche de matériau isolant supplémentaire est en polyimide sous forme de ruban. En effet, puisque le câble est un câble haute tension, il est possible qu'il y ait une forte augmentation de la température au niveau du conducteur central lors de son utilisation à des intensités élevées. Or, comme indiqué ci-dessus, les différences de conductivité thermique entre un composant métallique et un matériau isolant thermoplastique qui sont tous les deux en contact proche peuvent créer des contraintes locales qui peuvent favoriser la formation de craquelures. Ces craquelures peuvent entraîner une rupture diélectrique en contribuant au phénomène tel que l'arborescence électrique. Cette couche intermédiaire de matériau isolant thermodurcissable permet d'éviter ce type de problème.
Dans le cadre de la présente invention le polyimide, en particulier sous forme rubané, ne contient aucun adhésif, la cohésion de cette couche intermédiaire avec le conducteur central étant assurée par le matériau principal isolant thermoplastique. Avantageusement le polyimide est un polyimide rubané vendu par la société Dupont De Nemours sous la dénomination Kapton HN, en particulier Kapton 100H.
Avantageusement la couche de matériau isolant intermédiaire comprend entre une et quatre couches de polyimide rubané enroulé, avantageusement deux ou trois couches de polyimide rubané, encore plus en avantageusement 2 couches de polyimide rubané, avec un recouvrement compris entre 25 et 75 %, avantageusement de 50 %. De façon avantageuse la couche de matériau isolant intermédiaire comprend deux couches de polyimide rubané avec un recouvrement de 50 %, en particulier celui commercialisé par la société Dupont De Nemours sous la dénomination Kapton HN, en particulier Kapton 100H.
Avantageusement la couche de matériau isolant intermédiaire a une épaisseur comprise entre 15 et 75 pm, plus avantageusement entre 20 et 60 pm, encore plus avantageusement entre 25 et 50 pm, en particulier d'environ 25 pm.
Dans un cinquième mode de réalisation de l'invention la couche intermédiaire de matériau isolant et la couche supplémentaire de matériau isolant sont toutes les deux présentes dans le câble selon la présente invention afin d'éviter les problèmes de rupture diélectrique, que la température vienne de l'extérieur ou de l'intérieur du conducteur. En effet, l'inventeur a découvert que cette construction était plus avantageuse pour éviter les ruptures diélectriques à très haute température. Avantageusement la couche intermédiaire de matériau isolant et la couche supplémentaire de matériau isolant sont fabriquées à l'aide du même matériau isolant, en particulier du polyimide. De façon avantageuse elles ont des épaisseurs différentes, la couche supplémentaire ayant une épaisseur supérieure à la couche intermédiaire. Avantageusement l'épaisseur de la couche intermédiaire est de 25 pm et l'épaisseur de la couche supplémentaire est de 50 pm.
Dans un sixième mode de réalisation de l'invention le câble comprend le conducteur central, la couche intermédiaire de matériau isolant disposée autour du conducteur central, la couche principale de matériau isolant disposée autour de la couche intermédiaire, la couche supplémentaire de matériau isolant disposée autour de la couche principale et la couche externe de matériau de blindage disposée autour de la couche supplémentaire.
Dans un septième mode de réalisation de l'invention, le câble selon l'invention comprend une couche semi conductrice intermédiaire intercalée entre la couche principale de matériau isolant ou la couche de matériau isolant supplémentaire si cette dernière est présente et la couche externe de matériau de blindage.
Cette couche semi conductrice a pour but d'évacuer les décharges électrostatiques dues à la friction entre la couche de blindage et la ou les couches de matériau isolant, afin qu'elles n'atteignent pas le conducteur central. Cette couche permet donc en particulier d'améliorer la durée de vie du câble à haute tension. Sans cette couche, le câble selon la présente invention a déjà une bonne durée de vie. Cependant cette couche présente un avantage supplémentaire.
Le matériau utilisé pour cette couche semi conductrice doit avoir une excellente élasticité de façon à pouvoir suivre le mouvement du câble mais sans quitter l'isolant. Il est en général fabriqué à partir d'un matériau polymère chargé avec une charge conductrice. Comme précédemment cette couche semi conductrice doit résister aux conditions extrêmes d'utilisation du câble et donc le matériau polymère dont elle est faite doit en particulier résister à de très hautes températures. Cette couche peut être fabriquée en polymère thermodurcissable ou en polymère thermoplastique résistant à de très hautes températures. Avantageusement la couche semi conductrice est un ruban polyimide chargé dans la masse par une charge avantageusement choisie parmi le noir de carbone ou des nanotubes de carbone. Il peut s'agir en particulier du matériau vendu par la société Dupont De Nemours sous la dénomination Kapton 100XC10E5 ou Kapton 100XC10E7.
Ainsi, dans ce mode particulier de réalisation de l'invention, le câble selon l'invention comprend
-soit le conducteur central, la couche principale de matériau isolant disposée autour du conducteur, la couche semi conductrice intermédiaire et la couche externe de matériau de blindage disposée autour de la couche semi-conductrice ; -soit le conducteur central, la couche intermédiaire de matériau isolant disposée autour du conducteur central, la couche principale de matériau isolant disposée autour de la couche intermédiaire, la couche semi conductrice intermédiaire et la couche externe de matériau de blindage disposée autour de la couche semi- conductrice ;
-soit le conducteur central, la couche principale de matériau isolant disposée autour du conducteur central, la couche supplémentaire de matériau isolant disposée autour de la couche principale, la couche semi conductrice intermédiaire et la couche externe de matériau de blindage disposée autour de la couche semi- conductrice ;
-soit le conducteur central, la couche intermédiaire de matériau isolant disposée autour du conducteur central, la couche principale de matériau isolant disposée autour de la couche intermédiaire, la couche supplémentaire de matériau isolant disposée autour de la couche principale, la couche semi conductrice intermédiaire et la couche externe de matériau de blindage disposée autour de la couche semi- conductrice. Cette dernière configuration est particulièrement avantageuse. Le câble selon la présente invention est apte à supporter pendant au moins 2000 heures sans défaillance électrique :
- des températures en fonctionnement comprises entre -50 °C et 280 °C,
- des températures au repos comprises entre -100 et 280 °C,
- une dose de radiation pouvant aller jusqu'à 1000 Megarads, avantageusement pouvant aller jusqu'à 200 Megarads,
- une tension de fonctionnement pouvant aller jusqu'à 10000 V avantageusement jusqu'à 5000V et
- en fonctionnement des mouvements mécaniques de flexions d'une amplitude comprise entre 1 et 20°.
Le câble selon la présente invention est fabriqué par des techniques bien connues de l'homme du métier. En particulier la couche principale d'isolation et extrudée autour du conducteur central ou de la couche intermédiaire de matériau isolant si cette dernière est présente.
Avantageusement la couche intermédiaire de matériau isolant, lorsqu'elle est présente, est enroulée autour du conducteur central. De même, avantageusement, la couche supplémentaire de matériau isolant, lorsqu'elle est présente, est enroulée autour de la couche principale de matériau isolant. Il en est de même pour la couche semi-conductrice lorsqu'elle est présente qui est enroulée au tour de la couche supplémentaire.
Enfin, la couche externe de blindage métallique est avantageusement tressée sur le câble. La présente invention concerne en outre l'utilisation du câble selon la présente invention dans le domaine pétrolier, en particulier pour les équipements de prospection, de l'aérospatiale, du nucléaire en particulier pour les zones proches du réacteur, de la recherche scientifique nécessitant des conditions extrêmes, de la recherche pétrolière, de l'aéronautique et/ou du domaine militaire. La présente invention sera mieux comprise en référence aux figures et aux exemples qui suivent.
La figure 1 représente en perspective éclatée le premier mode de réalisation du câble selon l'invention.
La figure 2 représente en perspective éclatée le troisième mode de réalisation du câble selon l'invention.
La figure 3 représente en perspective éclatée le sixième mode de réalisation du câble selon l'invention.
La figure 4 représente en perspective éclatée le septième mode de réalisation du câble selon l'invention.
Le câble selon l'invention illustré à la figure 1 comporte la couche principale du matériau isolant (2) en matériau thermoplastique extrudée autour du conducteur central (1) en alliage de cuivre commercialisé par la société Fisk Alloy sous la dénomination Percon 24 revêtus par 10 % de nickel et ayant la configuration Unilay 19 brins.
Le câble selon l'invention illustré à la figure 2, comporte la couche principale du matériau isolant (2) en polymère polyéthercétoneéthercétonecétone commercialisé par la société Victrex sous la dénomination PEEK STG 45 extrudée autour du conducteur central (1) en alliage de cuivre commercialisé par la société Fisk Alloy sous la dénomination Percon 24 revêtus par 10 % de nickel de configuration Unilay 19 brins. Il comporte en outre la couche supplémentaire (3) de matériau isolant thermodurcissable polyimide commercialisé par la société Dupont De Nemours sous la dénomination Kapton 200H qui est enroulée autour de la couche principale de matériau isolant (2) et la couche externe de blindage (5) en alliage de cuivre commercialisé par la société Fisk Alloy sous la dénomination Percon 24 revêtus par 10 % de nickel tressée autour de la couche supplémentaire de matériau isolant (3).
Le câble selon l'invention illustré à la figure 3 comporte outre les couches présentes dans le câble illustré à la figure 2, la couche intermédiaire de matériau isolant (4) thermodurcissable polyimide commercialisée par la société du Pont de Nemours sous la dénomination Kapton 100H enroulée autour du conducteur central (1). La couche principale du matériau isolant (2) en polymère polyéthercétoneéthercétonecétone commercialisé par la société Victrex sous la dénomination PEEK STG 45 est ainsi extrudée autour de cette couche intermédiaire (4).
Enfin, le câble selon l'invention illustré à la figure 4 comporte outre les couches présentes dans le câble illustré à la figure 3, la couche de matériau diélectrique (6) disposée autour de la couche supplémentaire (3), la couche de blindage (5) étant tressée sur cette couche de matériau diélectrique (6).
Exemple 1 : sélection et évaluation du matériau du conducteur central
Pour choisir le matériau du conducteur central les tests ont été effectués sur une configuration mono brin. Les matériaux testés étaient soit du cuivre soit un alliage de cuivre particulier (le Percon 24 commercialisés par la société Fisk Alloy) avec différentes épaisseurs de revêtement de nickel. On retrouve ces différents matériaux dans le tableau 1 ci-dessous :
Tableau 1 : matériaux testés en mono brin
AWG Matériau Revêtement Diamètre Section
(mm) (mm2)
2401 Percon 24 27 % Ni 0,511 0,163
2401 Percon 24 10 % Ni 0,511 0,163
2401 Percon 24 7 % Ni 0,511 0,163
2401 Cuivre 27 % Ni 0,511 0,163
revêtu de
nickel (NPC)
2401 Cuivre 1,5 % Ni 0,511 0,163
revêtu de
nickel (NPC) Les tests suivants ont été mis en œuvre afin de choisir le matériau le plus adapté : test de caractérisation mécanique (mesure des dimensions (D), résistance à la flexion alternée (RFA) selon la norme ASTM B470, allongement et charge de rupture (A&CR) selon la norme FED STD 228 Méthode 3211 et section métallographique (SM) selon la norme ESCC 3901) et électrique (résistance linéaire (RL) selon la norme ASTM B193), test critique thermique (stabilité thermique (ST) qui correspond au vieillissement à court terme, vieillissement thermique (VT) qui correspond au vieillissement à long terme). Pour la caractérisation thermique, les tests mécaniques et électriques sont mis en œuvre après stockage des matériaux à une température donnée pendant un temps donné et les résultats sont comparés avec ceux obtenus initialement afin de vérifier si ces caractéristiques ont été modifiées.
Les résultats des tests sont rassemblés dans le tableau 2 ci-dessous : Tableau 2 : résultats des tests
Type Conditions requises Résultats
de
test
D 0,511 mm +/- 0,005 27%Ni Percon24 : 0,508
10%Ni Percon24 : 0,507
7 % Ni Percon 24 : 0,513
NPC 27% Ni : 0,513
NPC 1,5 % Ni : 0,508
RL 27%Ni Percon24 : 136,5Q/km +/- 27%Ni Percon24 : 135,23 Ω/km 10% 10%Ni Percon24 : 109,59 Ω/km
10%Ni Percon24 : 109,73Q/km+/- 7 % Ni Percon 24 : 102,56 Ω/km 10% NPC 27% Ni : 107,79 Ω/km
7 % Ni Percon 24 : 110 Ω/km +/- NPC 1,5 % Ni : 87,36 Ω/km
10%
NPC 27% Ni : 120 Ω/km maxi
NPC 1,5 % Ni : 88 Ω/km +/-10%
A&CR 27%Ni Percon24 : 450 MPa & 6% 27%Ni Percon24 : 534,57 MPa & mini 7,02% 10%Ni Percon24 : 10%Ni Percon24 : 557,83MPa&
414 MPa & 6% mini 4,34%
7 % Ni Percon 24 : 7 % Ni Percon 24 : 476,llMPa& 414 MPa & 6% mini 7,66%
NPC 27% Ni : NPC 27% Ni : 301,92MPa & 270MPa & 15%mini 26,25%
NPC 1,5 % Ni : NPC 1,5 % Ni : 261,17MPa & 250MPa & 20%mini 26,47%
RFA environ 100 cycles 27%Ni Percon24 : environ 116 cycles
10%Ni Percon24 : environ 67 cycles
7 % Ni Percon 24 : environ 67 cycles
NPC 27% Ni : environ 43 cycles NPC 1,5 % Ni : environ 35 cycles
SM 27%Ni Percon24 : épaisseur 40pm 27%Ni Percon24 : 50,43 à 50,54 mini pm
10%Ni Percon24 : épaisseur 10%Ni Percon24 : 11,54 à 12,48 12,01pm mini pm
7 %Ni Percon24 : épaisseur 8,14pm 7 % Ni Percon 24 : 9,52 pm mini NPC 27% Ni : 43,57 pm
NPC 27% Ni : épaisseur 40pm mini NPC 1,5 % Ni : 7,48 pm
NPC l,5%Ni : épaisseur 1,27pm mini
ST La variation des caractéristiques 27%Ni Percon24 : CR = 0,32% E mécaniques et électriques doivent être = 23,29% et LR = -3,33% inférieures à 10% pour 60 minutes 10%Ni Percon24 : CR = -0,74% E d'exposition à 450°C pour tous les = 0,001% et LR = -4,09% matériaux 7 % Ni Percon 24 : CR = 1,07% E
= -9,14% et LR = -3,84%
NPC 27% Ni : CR = 1,87% E =
-0,75% et LR = -1,36%
NPC 1,5 % Ni : CR = -6,08% E =
-5,64% et LR = -1,86% T Les échantillons sont exposés pendant 27%Ni Percon24 : D = 0,507mm
504 heures à 350 °C, puis toutes les CR = 528,37 MPa E = 10,45% LR =
168 heures des échantillons sont 128,93 Ω/km et RFA = 86 cycles prélevés et testés. Les variations de 10%Ni Percon24 : D = 0,509mm ces caractéristiques doivent rester CR = 535,5 MPa E = 7,35% LR = inférieures à 10 % 105,21 Ω/km et RFA = 75 cycles
7 % Ni Percon 24 : D = 0,513mm
CR = 466,41 MPa E = 8,92% LR =
102,74 Ω/km et RFA = 67 cycles
NPC 27% Ni : D = 0,512mm CR =
316,97 MPa E = 26,95% LR =
116,33 Ω/km et RFA = 26 cycles
NPC 1,5 % Ni : D = 0,507mm CR =
247,9 MPa E = 24,37% LR = 91,1
Ω/km et RFA = 21 cycles
Il est à remarquer que le test de résistance à la flexion alternée n'est pas réussi par la majorité des matériaux testés. En réalité ce test n'est pas crucial car les conducteurs vont essentiellement être assemblés en multibrins ayant des propriétés mécaniques plus élevées. L'intérêt de mesurer la résistance à la flexion d'un seul brin est d'évaluer l'influence du vieillissement sur cette caractéristique et donc d'identifier le matériau qui possède la meilleure propriété pour le vieillissement.
En conclusion, l'alliage de cuivre Percon 24 revêtu de 27 % de nickel se distingue uniquement des autres matériaux par ses performances de résistance à la flexion alternée qui est 50 fois plus importantes que pour les autres Percon 24 revêtus de nickel. Malheureusement cette performance décroît après 168 heures de vieillissements et tombe jusqu'à n'être que 25 % supérieur par rapport au Percon 24 revêtu de 7 % de nickel et 15 % supérieur par rapport au Percon 24 revêtu de 10 % de nickel. En conséquence, il ne semble pas y avoir de différence évidente entre les trois matériaux Percon 24.
En termes de résistance à la flexion alternée, le cuivre revêtu de nickel semble relativement faible. La résistance à la traction est meilleure pour les séries Percon 24 que pour le cuivre revêtu de nickel. Parmi les Percon 24, le Percon 24 revêtu de 10 % nickel et le Percon 24 revêtu de 27 % de nickel sont équivalents en termes de résistance à la traction.
En termes d'allongement, il n'y a pas de différences importantes entre les différents Percon 24. Le cuivre revêtu de nickel montre une meilleure résistance linéaire électrique mais le Percon 24 revêtu de 7 % de nickel et le Percon 24 revêtu de 10 % nickel montrent également de bonnes propriétés. Le Percon 24 revêtu de 27 % de nickel montre une importante réduction de sa charge de rupture après exposition à 500 °C.
Ainsi il semble que des épaisseurs de revêtement de nickel de 7 ou 10 % soient suffisantes pour garder de bonnes caractéristiques mécaniques. Le meilleur compromis entre ces deux épaisseurs de revêtement semble être l'épaisseur de 10 % de nickel. En effet le Percon 24 revêtu par 10 % nickel montre une forte résistance à la traction et à la flexion alternée combinée à une bonne conductivité. Il diffère donc du Percon 24 revêtus de 7 % nickel en terme de résistance à la traction. Le vieillissement a relativement peu d'influence sur ces propriétés.
Ainsi le matériau qui a été utilisé dans le reste des exemples est du Percon 24 revêtu de 10 % nickel commercialisé par la société Fisk Alloy.
Exemple 2 : sélection et évaluation de la construction du conducteur central
Pour choisir le type de construction du conducteur central des tests ont été effectués sur différentes constructions muiti brins. Les matériaux testés étaient en alliage de cuivre Percon 24 commercialisé par la société Fisk Alloy revêtu de 10 % de nickel. On retrouve les différentes constructions testées dans le tableau 3 ci-dessous : Tableau 3 ; construction Multi brin testés
Les mêmes tests que ceux mis en œuvre afin de choisir le matériau le plus adapté dans l'exemple 1 ont été effectués sur les différentes constructions. Des tests supplémentaires ont été mis en œuvre : soudabilité (S) selon la norme IEC 68-2-69 ou NF A 89-400, couple de torsion (CT) et élévation de température sous variation d'ampérage (ET).
En particulier, pour réaliser le test d'élévation de température sous variation d'ampérage, un échantillon d'I millimètre de long est placé dans un four. Différents courants sont appliqués sur le câble et l'élévation de température est mesurée à 50 °C, 100 °C, 150 °C, 200 °C, 260 °C et 300 °C avec deux thermocouples fixés sur le câble. Un troisième thermocouple est utilisé pour contrôler la température dans le four. L'élévation de température ne doit pas excéder 10 °C pour un courant appliqué de 6 et 12 A. Ce test permet de caractériser la configuration du conducteur la plus adaptée en termes d'élévation de température induite par le courant.
Les résultats des tests sont rassemblés dans le tableau 4 ci-dessous : Tableau 4 : résultats des tests
Type Conditions requises Résultats
de
test
D 19 * 0,511 Unilay : 0,511 mm +/-1% 19 * 0,511 Unilay : 0,539 mm et et 2,55 mm nominal 2,545 mm nominal
19*0,511 concentrique : 0,511 mm 19*0,511 concentrique : 0,509 +/-1% et 2,55 mm nominal mm et 2,535 mm nominal
7*7*0,320 ropelay : 0,320 mm +/- 7*7*0,320 ropelay : 0,321 mm 1% et 2,88 mm nominal et 2,845 mm nominal
37*0,361 concentrique : 0,361 mm 37*0,361 concentrique : 0,358 +/-1% et 2,527 mm nominal mm et 2,528 mm nominal
RL 19 * 0,511 Unilay : 5,95 Ω/km maxi 19 * 0,511 Unilay : 4,91 Ω/km
19*0,511 concentrique : 5,95 Ω/km 19*0,511 concentrique : 5,42 maxi Ω/km
7*7*0,320 ropelay : 5,94 Ω/km maxi 7*7*0,320 ropelay : 5,42 Ω/km 37*0,361 concentrique : 6,20 Ω/km 37*0,361 concentrique : 5,60 maxi Ω/km
A&CR 6% & 450 MPa mini 19 * 0,511 Unilay : E = 9,217 % et CR= 480,74 MPa
19*0,511 concentrique : E = 9,5024 % et CR= 485,78 MPa 7*7*0,320 ropelay : E = 10,578 % et CR= 457,1 MPa
37*0,361 concentrique : E = 10,02 % et CR= 529,22 MPa
RFA Environ 500 cycles 19*0,511 Unilay : environ 480 cycles
19*0,511 concentrique : environ 287 cycles
7*7*0,320 ropelay : environ 983 cycles
37*0,361 concentrique : environ 427 cycles SM 19 * 0,511 Unilay : 13,2 μ nominal 19*0,511 Unilay : 21,86 μ 19*0,511 concentrique : 13,2 μ nominal
nominal 19*0,511 concentrique : 18,31
7*7*0,320 ropelay : 8,13 μ nominal μ nominal
37*0,361 concentrique : 16,21 μ 7*7*0,320 ropelay : 12,28 μ nominal nominal
37*0,361 concentrique : 13,94 μ nominal
ST La variation des caractéristiques 19 * 0,511 Unilay : C = 0,93 %, mécaniques et électriques doivent être E= 7,94 %, LR= 0,20 %
inférieures à 10% pour 60 minutes 19*0,511 concentrique: CR = d'exposition à 450°C pour tous les 8,19 %, E = 5,56 %, LR= -0,37 % matériaux 7*7*0,320 ropelay : CR = 12 96
%, E - 11,53 %, LR= -0,56 % 37*0,361 concentrique : CR = 0,90 %, E = 6,97 %, LR= -0,18 %
VT Les échantillons sont exposés pendant 19 * 0,511 Unilay : D = 504 heures à 350 °C, puis toutes les 168 0,542mm et 2,543 mm nominal heures des échantillons sont prélevés et CR = 474,02 MPa E = 10,85% LR = testés. Les variations de ces 5 Ω/km et RFA = 581 cycles caractéristiques doivent rester 19*0,511 concentrique: D = inférieures à 10 % 0,0,510mm et 2,551 mm nominal
CR = 507,36 MPa E = 10,07% LR = 5,54 Ω/km et RFA = 252 cycles 7*7*0,320 ropelay : D = 0,325mm et 2,849 mm nominal CR - 491,54MPa E = 11,33% LR =
5.7 Ω/km et RFA = 737 cycles 37*0,361 concentrique : D = 0,359mm et 2,558 mm nominal CR = 521,14 MPa E = 11,5% LR =
5.8 Ω/km et RFA = 318 cycles
S Immersion durant 10 secondes à 270°C Conforme aux conditions requises
CT Mesure du poids requit pour obtenir un 19*0,511 Unilay : 2,1 kg angle de 45° 19*0,511 concentrique : 2 kg
7*7*0,320 ropelay : 1,1 kg
37*0,361 concentrique : 1,3 kg
En- Pas de dommages sur le câble Aucun dommage pour toutes les configurations
Finalement les constructions préférées sont les 19*0,511 Unilay et le 37*0,361 concentrique. En effet, en particulier leurs résultats aux tests de résistance à la flexion alternée sont parmi les meilleurs mêmes après vieillissement à haute température.
Ceci n'est pas le cas du 7*7*0,320 ropelay qui présente une importante réduction de la résistance à la flexion alternée après vieillissement même s'il reste le meilleur par rapport aux trois autres constructions. De plus la dégradation de ses propriétés d'allongement est importante après une exposition à court terme à des températures de 450 et 500 °C. En outre cette construction n'est pas de tout à fait adapté pour les applications hautes tension car peut résistante aux décharges corona.
La construction 19*0 511 concentrique quant à elle présente une résistance à la flexion alternée la plus faible de toutes les constructions. C'est pour cette raison qu'il ne s'agit pas de la construction préférée.
De même entre la construction 19*0,511 Unilay et 37*0,361 concentrique, la construction 19*0,511 Unilay sera préférée car elle présente une meilleure résistance à la flexion alternée.
Dans la suite des exemples, le conducteur aura donc la construction 19 * 0,511 Unilay
Exemple 3 : sélection et évaluation de la couche de matériau isolant principale
La liste de matériaux potentiels pouvant être utilisés en tant que matériau isolant principal est rassemblé dans le tableau 5 suivant ainsi que les raisons pour lesquelles seuls quatre d'entre eux ont été testés. Tableau 5 : liste potentielle de matériau
Types de polymère Matériau Raison du choix
Thermoplastique Polyimide
thermoplastique (TPI) :
AURUM PL450C Testé
commercialisé par la
société du Pont de
Nemours
EXTEM XH1005 et Non testé car ayant de moins bonnes caractéristiques que l'AURUM
EXTEM XH1015 Non testé car ayant de commercialisés par la moins bonnes société Sabic caractéristiques que l'AURUM
Polyétheréthercétone Non testé car tenue
(PEEK) : PEEK 151G thermique insuffisante et commercialisé par la trop rigide.
société Victrex
Polyéthercétone (PEK) :
PEEK HTG22 Testé
commercialisé par la
société Victrex
Polyéthercétonecétone
(PEKK) :
OXPEKK C-E, Testé
OXPEKK C et Non testé car tenue thermique insuffisante et trop rigide
OXPEKK C03DRT Non testé car trop commercialisés par la difficile à mettre en société Arkema œuvre
Polyethercétoneéthercét
onecétone
(PE EKK) : PEEK ST Testé
G45 commercialisé par
la société Victrex
Thermodurcissable Polyimide Non testé car tenue thermique insuffisante
Vernis Non testé car le vernis se polybenzimidazole craquelle lors de simples sollicitation mécaniques
Revêtement de Non testé car tenue Polyétheréthercétone thermique insuffisante
Donc ainsi seuls quatre matériaux ont été testés. Il s'agit uniquement de thermoplastiques. Les tests ont été réalisés sur un câble comme indiqué dans la figure 1, le conducteur central (1) ayant été choisi suite aux tests des exemples 1 et 2 et donc est en Percon 24 revêtu de 10 % de nickel commercialisé par la société Fisk Alloy sous la construction 19*0,511 Unilay et de dimension AWG 1245. Le matériau testé est extrudé pour former la couche principale de matériau isolant (2) d'une épaisseur de 1 mm sur le conducteur central (1).
Les tests suivants sont mis en œuvre sur le câble ainsi obtenu : tests mécaniques standards (inspection visuelle externe selon la norme ESCC 3901 §9.1., mesure de la masse selon la norme ESCC 3901 §9.1., mesure des dimensions selon la norme ESCC 3901 §9.1., allongement et charge de rupture selon la norme FED STD 228 Méthode 3211, dénudabilité selon la norme ESCC 3901 §9.1., retrait de l'isolant à haute température selon la norme ESCC 3901 §9.1.), tests mécaniques spécifiques (tests de caractérisation en mode de déploiement: test de flexion alternée à 180° autour de l'axe X et test de flexion alternée à 135° autour de l'axe Z), tests électriques standards (sparktest en ligne, test de rupture diélectrique, mesure de la résistance d'isolement selon la norme ESCC 3901 §9.1.), tests électriques spécifiques (mesure de décharges partielles, test de rupture diélectrique à haute température, résistance aux surintensités), des tests de vieillissement (tests de choc thermique, test de vieillissement thermique sans tension à une température de 280 °C), et d'autres tests tels que le dégazage et l'essai d'enroulement à froid et à température ambiante.
Pour la caractérisation thermique, les tests mécaniques et électriques sont mis en œuvre après stockage des matériaux à une température donnée pendant un temps donné et les résultats sont comparés avec ceux obtenus initialement afin de vérifier si ces caractéristiques ont été modifiées. Le câble dans laquelle la couche d'isolation principale (2) est en matériau AURUM PL450C a été sévèrement affecté durant le test de vieillissement à 280 °C. Les dommages résultent dans un changement de son aspect et l'apparition de plusieurs craquelures. Le matériau devient très cassant. Même une manipulation manuelle peut facilement casser l'isolant. Ce matériau ne peut donc pas servir d'isolant dans le cadre des câbles selon la présente invention.
Le matériau OXPEKK C-E était le plus difficile à mettre en œuvre parmi les quatre matériaux testés. Le câble dans laquelle la couche d'isolation principale (2) est en matériau OXPEKK C-E n'a pas réussi le test d'enroulement à température ambiante. En effet plusieurs craquelures importantes sont apparues suites à la réalisation de ce test. Ce matériau ne peut donc pas servir d'isolant dans le cadre des câbles selon la présente invention.
Les deux autres matériaux sont particulièrement intéressants pour la réalisation de câbles selon la présente invention. En effet leurs caractéristiques mécaniques ne sont pas réellement affectées par les phases de vieillissement. Les variations des caractéristiques mécaniques n'excèdent pas 10 à 20%, ce qui n'est pas réellement significatif au vu de la tolérance des mesures de ce type de test. Ces matériaux présentent toujours une bonne flexibilité même après 200 heures de traitement thermique à 280 °C comme démontré par le test d'enroulement. On peut observer une baisse dans l'allongement après un vieillissement thermique à 280 °C ce qui est normal pour un matériau semi cristallin. À 280 °C le matériau atteint son maximum de cristallinité et cette structure est caractérisée par un allongement plus faible.
Ces deux matériaux ont donc des comportements mécanique et électrique similaires. Ce sont des matériaux de la même famille et leurs propriétés sont très proches. Leur performance les rend tous les deux utilisables pour fabriquer des câbles selon la présente invention. Aucune dégradation significative n'a été montrée par la mesure de décharges partielles. Ceci est important car cela signifie qu'il n'y a pas de micro craquelures ou de micro défauts qui apparaissent pendant les phases de vieillissement.
Finalement ce qui distingue ces deux matériaux est que le PEEK STG 45 à une température de fusion un petit peu plus élevée ce qui le rend plus intéressant pour des applications hautes températures. Cette différence a été observée pendant le test à fort courant où il a été remarqué que le matériau PEEK HT G22 fondait avant le matériau PEEK STG45. Au vu de tous ces éléments, le matériau préféré est donc le PEEK STG45. C'est donc ce matériau qui sera choisi dans le reste des tests et des exemples.
Pour mieux caractériser sa résistance à long terme à haute température, un test de vieillissements thermiques pendant 2000 heures à 280 °C a été mis en œuvre sur ce matériau. On observe que les échantillons deviennent cassant après 1000 heures à une exposition de 280 °C ce qui est montré par les résultats du test d'enroulement. Ces résultats montrent que le matériau après vieillissement (plus de 1000 heures) peut seulement supporter de faibles amplitudes de sollicitations en flexion. Quand il est exposé à de trop fortes amplitudes de flexion, il casse. Électriquement, ce matériau garde toujours des propriétés intéressantes puisque le test de rupture diélectrique est supérieur à lOkV DC à 300 °C. Ces ruptures diélectriques sont plus élevées pour des échantillons âgés de 1500 à 2000 heures que pour ceux âgés de 500 à 1000 heures et ces différences peuvent être expliquées par le fort degré de cristallinité atteint pendant le test de vieillissement. Plus élevée est la cristallinité, plus élevée est la résistance électrique.
Exemple 3 ; évaluation de la construction finale du câble
a - tests préliminaires de sélection de la composition des couches de matériaux isolants
Puisque la construction finale du câble comportera un blindage métallique afin d'évacuer les interférences électromagnétiques (EMI), il semble intéressant de rajouter des couches thermodurcissables entre la couche externe de blindage métallique et la couche thermoplastique afin de d'éviter les problèmes qui pourraient apparaître à l'interface métal/polymère à haute température. La question peut également se poser de savoir si une telle couche peut également être présente entre la couche principale de matériau isolant thermoplastique et le conducteur central. Deux configurations and ont été testées :
La première est similaire à celle représentée à la figure 2 à l'exception de l'absence de la couche (5) de blindage métallique. La deuxième est similaire à celle représentée à la figure 3 à l'exception également de l'absence de la couche de blindage métallique (5).
Dans ces deux configurations le conducteur central (1) est dans l'alliage Percon 24 revêtu de 10 % de nickel commercialisé par la société Fisk Alloy avec la construction 19 * 0,511 Unilay. La couche de matériau isolant principale (2) est en PEEK STG45 extrudée avec une épaisseur de 1 mm.
Dans les deux configurations une couche supplémentaire thermodurcissable polyimide (3) en ruban KAPTON 200 HN commercialisé par la société Dupont De Nemours est enroulée sur la couche principale de matériau isolant (2) pour former 2 couches avec un recouvrement de 50 % et présentant une épaisseur de 50 pm.
Dans la deuxième configuration, une couche intermédiaire polyimide (4) en ruban KAPTON 100 HN commercialisé par la société Dupont De Nemours est enroulée sur le conducteur central (1) pour former 2 couches avec un recouvrement de 50 % et présentant une épaisseur de 25 pm.
Le test principal mis en œuvre sur ces deux configurations est le test de rupture diélectrique à haute température. Les résultats de ces tests montrent que la deuxième configuration donne de meilleurs résultats que la première. On a donc gardé cette configuration en y ajoutant la couche de matériau de blindage métallique (5) comme représentée à la figure 3 pour tester la construction du câble final selon la présente invention. b - Evaluation de la construction finale du câble
La construction finale testée correspond à celle illustrée à la figure 3.
Ainsi elle comporte un conducteur central (1) en alliage de cuivre Percon 24 revêtus de 10 % de nickel commercialisé par la société Fisk Alloy ayant la construction 19 * 0,511 Unilay sur lequel est enroulée une couche intermédiaire polyimide(4) en ruban KAPTON 100 HN commercialisé par la société Dupont De Nemours pour former 2 couches avec un recouvrement de 50 % et présentant une épaisseur de 25 pm. La couche de matériau isolant principale (2) est en PEEK STG45 extrudée avec une épaisseur de 1 mm. Une couche supplémentaire thermodurcissable polyimide (3) en ruban KAPTON 200 HN commercialisé par la société Dupont De Nemours est enroulée sur la couche principale de matériau isolant (2) pour former 2 couches avec un recouvrement de 50 % et présentant une épaisseur de 50 pm.
Enfin, une couche de matériau de blindage métallique (5) externe est tissée à base d'alliage de cuivre Percon 24 revêtu de 10 % nickel commercialisé par la société Fisk Alloy, chaque brin ayant un diamètre de 0,127 mm.
Plusieurs tests sont mis en œuvre sur ce câble tels que des tests de vieillissement (cycle thermique sous haute tension (5kV DC) de -80 °C à +180 °C : 100 cycles avec une rampe de température de 2 °C par minute et 1 heure de maintien à chaque plateau, vieillissement thermique sous haute tension (5kV DC) divisé en deux phases : 200 heures à 280 °C et 100 heures à 300 °C, test d'irradiation avec une dose de 200 Mrad à chaque stade du vieillissement : stade initial, après cycle thermique, après vieillissement thermique). Des tests électriques et mécaniques standards (aspect visuel, test de tensions, test d'enroulement, test de flexion à +/-60, test de flexion à +/-900, test de flexion à +/-67°), des tests de résistance diélectrique à haute température (100 °C, 180 °C, 260 °C et 300 °C) et des tests de décharge partielle sont mis en œuvre à l'état initial et après chaque phase de vieillissement en utilisant le dispositif décrit dans la demande de brevet FR11/60136. Enfin, un test de flexion à froid est mis en uvre. Le bilan de ces tests est le suivant :
Avant irradiation : les propriétés mécaniques sont conformes. Le test d'enroulement qui est réalisé à chaque phase du vieillissement est toujours conforme et montre que le câble garde ses propriétés mécaniques même après une exposition à 280 °C sous haute tension.
Après irradiation : aucune dégradation des propriétés mécaniques ou électriques n'est observée. Le câble garde ses propriétés mécaniques et électriques conformes après un cycle thermique et une phase de vieillissement à 280 °C sous haute tension (5 kV).
Vieillissement thermique à 300 °C : ce test provoque des dégradations avancées du matériau d'isolation résultant dans des craquelures et un changement prononcé de couleur.
Résistance diélectrique à haute température : le matériau isolant montre de hautes propriétés électriques même à très haute température. À 300 °C, la rupture diélectrique d'échantillons ayant subi un vieillissement est toujours supérieure à lOkV AC. Ces résultats montrent que la construction proposée est conforme aux conditions requises concernant le maximum de tension combinée au maximum de température.
Mesures de décharge partielle : au vu des résultats globaux, le matériau d'isolation est homogène à son état initial et n'a pas été significativement dégradé pendant les phases de vieillissement. Au vu de tous les résultats de l'évaluation du câble et de ses différentes composantes présentés dans les exemples 1 à 3, on peut conclure que le matériau isolant n'a pas été signifîcativement endommagé pendant le vieillissement thermique et après irradiation. Les effets principaux observés sont un raidissement du matériau est une couleur plus sombre. Enfin les résultats de flexion à froid sont conformes aux conditions requises.
Ainsi, après les phases de vieillissement il a été trouvé que la construction finale du câble était capable de supporter des tests de flexion de faibles amplitudes (+/- 6°) caractéristiques d'une opération normale, même après un vieillissement de 2000 heures à 280 °C. Ainsi, même si les phases de vieillissement signifîcativement rigidifient le câble, il est capable d'accomplir ses fonctions sans échec (craquelures etc.).
Le conducteur choisi, dans la première partie d'évaluation (exemple 1), est capable de supporter de très haute température pendant une longue période. Son design répond aux conditions requises du maximum de tension et le risque d'oxydation est absent du à l'épaisseur définie du revêtement de nickel. Les résultats des tests montrent que la construction sélectionnée est capable de supporter un nombre important de cycles de flexion de large amplitude et que le vieillissement à haute température n'a seulement qu'un faible impact dans le cas de mouvements de faibles amplitudes. Le montage final de la construction choisie est adaptée aux applications hautes tension à cause de sa forme externe. L'évaluation a montré que la combinaison de phases de vieillissement suivi par des tests d'enroulement n'était pas suffisante pour endommager l'isolation. Les mesures de décharges partielles ont révélé l'absence de micro défauts lors du vieillissement du matériau isolant.
Même après un vieillissement de 2000 heures à 280 °C, le câble est toujours capable de supporter des mouvements induits (+/- 6° de tests de flexion) en opération normale et ses propriétés électriques sont toujours satisfaisantes. Le niveau de radiation de 200 Mrad a peu d'effet sur les propriétés du câble. Les résultats obtenus permettent de conclure que la construction du câble définie et évaluée est capable de remplir toutes les conditions pour être utilisable en conditions extrême.

Claims

REVENDICATIONS
1. Câble électrique haute tension comprenant un conducteur central (1) en cuivre ou alliage de cuivre revêtu de nickel et au moins une couche principale d'un matériau isolant (2) disposée autour du conducteur central (1), ladite couche de matériau isolant étant formée par un thermoplastique extrudé choisi parmi les polyéthercétones, les polyéthercétoneéthercétonecétones et leurs mélanges.
2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche principale de matériau isolant (2) est formée en polyéthercétoneéthercétonecétones.
3. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche principale de matériau isolant (2) a une épaisseur comprise entre 0,1 et 3 mm, avantageusement entre 0,2 et 1,5 mm, encore plus avantageusement l'épaisseur est de 1 mm.
4. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le revêtement de nickel du conducteur central (1) a une épaisseur comprise entre 7 et 11 % en poids, avantageusement 10 % en poids selon la norme ASTM B355.
5. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le conducteur central (1) est en alliage de cuivre revêtu de nickel, ledit alliage comprenant avantageusement du chrome jusqu'à une teneur de 1% en poids et du zirconium jusqu'à une teneur de 1% en poids et étant exempt de cadmium, cobalt, plomb, béryllium et Mercure.
6. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une couche de matériau isolant (3) supplémentaire autour de la couche principale de matériau isolant (2), ladite couche de matériau isolant supplémentaire (3) étant formée par un polymère thermodurcissable polyimide ou polybenzimidazole, avantageusement d'un polyimide sous forme de ruban.
7. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une couche de matériau isolant intermédiaire (4) intercalée entre le conducteur central (1) et la couche principale de matériau isolant (2), ladite couche de matériau isolant intermédiaire (4) étant formée par un polymère thermodurcissable polyimide ou polybenzimidazole, avantageusement d'un polyimide sous forme de ruban.
8. Câble selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la couche de matériau isolant supplémentaire (3) et/ou la couche de matériau isolant intermédiaire (4) comprend chacune entre une et quatre couches de polyimide rubané enroulé, avantageusement deux ou trois couches de polyimide rubané, encore plus en avantageusement 2 couches de polyimide rubané, avec un recouvrement compris entre 25 et 75 %, avantageusement de 50 %.
9. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une couche externe (5) de matériau de blindage métallique, avantageusement fabriqué dans le même matériau que le conducteur central.
10. Câble selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une couche semi conductrice intermédiaire (6) intercalée entre la couche principale de matériau isolant (2) ou la couche de matériau isolant supplémentaire (3) et la couche externe (5) de matériau de blindage, ladite couche semi conductrice (6) étant avantageusement un ruban polyimide chargé dans la masse par une charge choisie parmi le noir de carbone ou des nanotubes de carbone.
11. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le conducteur central (1) se compose de plusieurs brins, avantageusement 19, assemblés en Unilay.
12. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le conducteur central (1) a une section comprise entre 0,05 et 22 mm2, avantageusement entre 0,5 et 4,5 mm2 encore plus avantageusement contre 3,8 et 4,1 mm2.
13. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est apte à supporter pendant au moins 2000 heures sans défaillance électrique :
- des températures en fonctionnement comprises entre -50 °C et 280 °C,
- des températures au repos comprises entre -100 et 280 °C pour des applications statiques,
- une dose de radiation pouvant aller jusqu'à 1000 egarads,
- une tension de fonctionnement pouvant aller jusqu'à 10 000 V et
- en fonctionnement des mouvements mécaniques de flexions d'une amplitude comprise entre 1 et 20°.
14. Utilisation du câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 dans le domaine pétrolier, aéronautique, de l'aérospatiale, du nucléaire, de la recherche scientifique et/ou de la recherche pétrolière.
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