EP3270385A1 - Cable de transport d'electricite a joncs composites - Google Patents

Cable de transport d'electricite a joncs composites Download PDF

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EP3270385A1
EP3270385A1 EP17152044.8A EP17152044A EP3270385A1 EP 3270385 A1 EP3270385 A1 EP 3270385A1 EP 17152044 A EP17152044 A EP 17152044A EP 3270385 A1 EP3270385 A1 EP 3270385A1
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EP
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resin
coating layer
embedded
weight
carbon black
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Withdrawn
Application number
EP17152044.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Francis Debladis
Stéphane Morice
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Nexans SA
Original Assignee
Nexans SA
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/24—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/04—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • H—ELECTRICITY
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    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/08—Several wires or the like stranded in the form of a rope
    • H01B5/10—Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material
    • H01B5/102—Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material stranded around a high tensile strength core
    • H01B5/105—Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material stranded around a high tensile strength core composed of synthetic filaments, e.g. glass-fibres
    • H—ELECTRICITY
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/006—Constructional features relating to the conductors

Definitions

  • the invention relates to a cable for the transmission of electricity, in particular air, comprising a set of composite rods.
  • Overhead cables with composite central rods forming a mechanical support of conductive wires wound around rods made of fibers pultruded in a resin are known.
  • the unitary rods are formed of carbon fibers pultruded in a resin, for example an epoxy resin, and are covered with a metal sheet intended to form a protective buffer layer of the rod, in order to increase its resistance to curvature and shock, and also prevent deterioration of the resin caused by heat.
  • the metal foil may be aluminum.
  • Another advantage of such an aluminum cover sheet may be to provide electrical conduction avoiding significant differences in potential between the pultruded composite rod or the composite pultruded rods and the surrounding conductors son (s).
  • a ring having an inner portion and an outer portion.
  • the inner portion is formed of fibers in a resin and the outer portion is also formed of fibers in a resin in which thermally conductive particles, for example aluminum, are added, for example with a content of 20 to 50% by weight. , or carbon black and / or carbon nanotubes, for example at a rate of less than 3%.
  • the object of the invention is to provide electrical conduction avoiding large potential differences between the pultruded composite rod or the pultruded composite rods and the conductive wires that surround it, by means of a more economical material than aluminum and easy to manufacture.
  • the invention proposes a power transmission cable comprising at least one composite central rod formed of fibers embedded in a resin and around which are arranged metal conductor wires, said rod being coated with a layer coating material consisting of carbon black embedded in a resin, characterized in that said coating layer consists of only 20 to 30% by weight of carbon black embedded in said resin.
  • Such a coating layer can be extruded at the same time as the pultrusion of the rod and reduces the manufacturing steps.
  • said coating layer comprises substantially 20% by weight of carbon black.
  • said resin of said coating layer is epoxy resin or polyurethane.
  • Said ring is advantageously made of carbon fibers pultruded in an epoxy resin.
  • Said conductive son are preferably aluminum or aluminum alloy.
  • a power transmission cable comprises a composite central rod 1 formed of embedded fibers, preferably carbon fibers pultruded in a resin, preferably epoxy resin, around which metal conductor wires 2, 3, preferably aluminum or aluminum alloy.
  • the cable comprises a first inner layer of conductive wires 2 of trapezoidal section and two outer layers of wires 3 of Z-shaped section wound in a reverse direction.
  • Any combination of conductive wires of circular, trapezoidal and / or Z-shaped section may be used according to design considerations.
  • the ring 1 is coated with a coating layer 6, which consists of carbon black and / or carbon nanotubes embedded in a resin, preferably epoxy or polyurethane, with a content sufficient to ensure electrical conduction between the rod 1 and the adjacent metallic conductor wires 2.
  • a coating layer 6 which consists of carbon black and / or carbon nanotubes embedded in a resin, preferably epoxy or polyurethane, with a content sufficient to ensure electrical conduction between the rod 1 and the adjacent metallic conductor wires 2.
  • the resistivity of the coating layer 6 is less than or equal to 10 +5 ⁇ .m and, advantageously, substantially equal to 10 +5 ⁇ .m.
  • the coating layer comprises 4 to 8% by weight of carbon nanoparticles, and preferably substantially 4% by weight.
  • the coating layer comprises 20 to 30% by weight of carbon black, and preferably substantially 20% by weight.
  • a power transmission cable according to the invention comprises a central assembly 1 of composite unit rods 1A, 1B formed of fibers embedded in a resin, preferably carbon fibers pultruded in a resin epoxy, and around which are wound metal conductors son 2, 3, preferably aluminum or aluminum alloy.
  • the set of unit rods 1 is coated with a first layer 4 and each unit ring 1A, 1B is covered with a second layer 5A, 5B.
  • This set of unit rods 1 comprises a central unit ring 1A disposed on the longitudinal axis of the cable and around which are strung several other unitary rods 1 B, for example six in number.
  • the central unitary ring 1A advantageously has a diameter of between 1 and 10 mm, preferably substantially equal to 4 mm, and the others Unit rods 1 B preferably have a diameter also between 1 and 10 mm, preferably substantially equal to 5.5 mm.
  • the second layers 5A, 5B consist of carbon black and / or carbon nanotubes embedded in a resin, preferably epoxy, with a content sufficient to ensure electrical conduction between the rods and the first layer 4 is metallic preferably aluminum.
  • the resistivity of the second coating layers 5A, 5B is less than or equal to 10 +5 ⁇ .m and advantageously substantially equal to 10 +5 ⁇ .m.
  • the second coating layers comprise 4 to 8% by weight of carbon nanoparticles, and preferably substantially 4% by weight.
  • the second coating layers comprise 20 to 30% by weight of carbon black, and preferably substantially 20% by weight.
  • the second layers 5A, 5B have a thickness of less than 1 mm, preferably substantially equal to 0.3 mm.

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Abstract

L'invention concerne un câble de transport d'électricité comportant au moins un jonc central composite (1A, 1 B) formés de fibres noyées dans une résine et autour duquel sont disposés des fils conducteurs métalliques (2, 3), ledit jonc (1) étant revêtu d'une couche de revêtement (4) constituée de nanotubes de carbone noyés dans une résine. Selon l'invention, ladite couche de revêtement est constituée uniquement de 20 à 30% en poids de noir de carbone noyé dans ladite résine.

Description

  • L'invention concerne un câble de transport d'électricité en particulier aérien comportant un ensemble de joncs composites.
  • Des câbles aériens à joncs centraux composites, formant un support mécanique de fils conducteurs enroulés autour de joncs constitués de fibres pultrudées dans une résine sont connus.
  • Selon le document de brevet JP 3-129606 , les joncs unitaires sont formés de fibres de carbone pultrudées dans une résine, par exemple une résine époxy, et sont recouverts d'une feuille métallique destinée à former une couche tampon de protection du jonc, afin d'augmenter sa résistance à la courbure et aux chocs, et également éviter une détérioration de la résine provoquée par la chaleur. La feuille métallique peut être en aluminium.
  • Un autre avantage d'une telle feuille de recouvrement en aluminium peut être d'assurer une conduction électrique évitant de fortes différences de potentiel entre le jonc composite pultrudé ou les joncs composites pultrudés et les fils conducteurs qui le(s) entourent.
  • Cependant, cette solution est coûteuse, compte-tenu du prix de l'aluminium et de l'étape supplémentaire de fabrication que cela engendre.
  • En effet, une telle feuille en aluminium est enroulée autour du jonc et ses bords sont soudés longitudinalement. Il en résulte une opération de fabrication séparée de la pultrusion du jonc.
  • Par ailleurs, il est connu du document de brevet US 2012/0186851 un jonc comportant une portion interne et une portion externe. La portion interne est formée de fibres dans une résine et la portion externe est également formée de fibres dans une résine dans laquelle on ajoute des particules conductrices thermiques, par exemple de l'aluminium, par exemple avec un taux de 20 à 50% en poids, ou du noir de carbone et/ou en nanotubes de carbone, par exemple à un taux inférieur à 3%.
  • Or avec une telle teneur, si les charges peuvent impacter sur la résistance mécanique, elles n'ont pas d'effet électrique car cette teneur n'entraîne pas de percolation électrique et n'assure pas de conduction électrique entre le jonc composite pultrudé ou les joncs composites pultrudés et les fils conducteurs qui le(s) entourent.
  • L'objet de l'invention est d'assurer une conduction électrique évitant de fortes différences de potentiel entre le jonc composite pultrudé ou les joncs composites pultrudés et les fils conducteurs qui le(s) entourent, au moyen d'un matériau plus économique que l'aluminium et de fabrication aisée.
  • Selon un mode de réalisation préféré, l'invention propose un câble de transport d'électricité comportant au moins un jonc central composite formés de fibres noyées dans une résine et autour duquel sont disposés des fils conducteurs métalliques, ledit jonc étant revêtu d'une couche de revêtement constituée de noir de carbone noyé dans une résine, caractérisé en ce que ladite couche de revêtement est constituée uniquement de 20 à 30% en poids de noir de carbone noyé dans ladite résine.
  • Une telle couche de revêtement peut être extrudée en même temps que la pultrusion du jonc et réduit les étapes de fabrication.
  • De préférence, ladite couche de revêtement comporte sensiblement 20% en poids de noir de carbone.
  • De préférence, ladite résine de ladite couche de revêtement est de la résine époxy ou polyuréthane.
  • Ledit jonc est avantageusement en fibres de carbone pultrudées dans une résine époxy.
  • Lesdits fils conducteurs sont avantageusement en aluminium ou en alliage d'aluminium.
  • L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures représentant des modes de réalisation préférés de l'invention.
    • La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un câble conforme à l'invention, selon un premier mode de réalisation.
    • La figure 2 est une vue en coupe transversale d'un câble conforme à l'invention, selon un second mode de réalisation.
  • Comme représenté sur la figure 1, un câble de transport d'électricité comporte un jonc central composite 1 formé de fibres noyées, de préférence des fibres de carbone pultrudées dans une résine, de préférence époxy, autour duquel sont disposés des fils conducteurs métalliques 2, 3, de préférence en aluminium ou en alliage d'aluminium.
  • A titre d'exemple, comme illustré, le câble comporte une première couche interne de fils conducteurs 2 de section trapézoïdale et deux couches externes de fils 3 de section en forme de Z enroulés dans un sens inverse. Toute combinaison de fils conducteurs de section circulaire, trapézoïdale et/ou en Z peut être utilisée selon des considérations de dimensionnement.
  • Le jonc 1 est revêtu d'une couche de revêtement 6, qui est constituée de noir de carbone et/ou de nanotubes de carbone noyés dans une résine, de préférence époxy ou polyuréthane, avec une teneur suffisante pour assurer une conduction électrique entre le jonc 1 et les fils conducteurs métalliques adjacents 2. De préférence, la résistivité de la couche de revêtement 6 est inférieure ou égale à 10+5 Ω.m et, avantageusement, sensiblement égale à 10+5 Ω.m.
  • Selon un premier mode de réalisation préféré, la couche de revêtement comporte 4 à 8% en poids de nanoparticules de carbone, et de préférence sensiblement 4% en poids.
  • Selon un second mode de réalisation, la couche de revêtement comporte 20 à 30% en poids de noir de carbone, et de préférence sensiblement 20% en poids.
  • Comme illustré sur la figure 2, selon un autre mode de réalisation, un câble de transport d'électricité conforme à l'invention comporte un ensemble central 1 de joncs unitaires composites 1A, 1B formés de fibres noyées dans une résine, de préférence des fibres de carbone pultrudées dans une résine époxy, et autour duquel sont enroulés des fils conducteurs métalliques 2, 3, avantageusement en aluminium ou en alliage d'aluminium.
  • L'ensemble de joncs unitaires 1 est revêtu d'une première couche 4 et chaque jonc unitaire 1 A, 1 B est recouvert d'une seconde couche 5A, 5B.
  • Cet ensemble de joncs unitaires 1 comporte un jonc unitaire central 1A disposé sur l'axe longitudinal du câble et autour duquel sont toronnés plusieurs autres joncs unitaires 1 B, par exemple au nombre de six.
  • Le jonc unitaire central 1A a avantageusement un diamètre compris entre 1 et 10 mm, de préférence sensiblement égal à 4 mm, et les autres joncs unitaires 1 B ont avantageusement un diamètre également compris entre 1 et 10 mm, de préférence sensiblement égal à 5,5 mm.
  • De préférence, les secondes couches 5A, 5B sont constituées de noir de carbone et/ou de nanotubes de carbone noyés dans une résine, de préférence époxy, avec une teneur suffisante pour assurer une conduction électrique entre les joncs et la première couche 4 est métallique, de préférence en aluminium. De préférence, la résistivité des secondes couches de revêtement 5A, 5B est inférieure ou égale à 10+5 Ω.m et, avantageusement, sensiblement égale à 10+5 Ω.m.
  • Selon un premier mode de réalisation préféré, les secondes couches de revêtement comportent 4 à 8% en poids de nanoparticules de carbone, et de préférence sensiblement 4% en poids.
  • Selon un second mode de réalisation, les secondes couches de revêtement comportent 20 à 30% en poids de noir de carbone, et de préférence sensiblement 20% en poids.
  • Avantageusement, les secondes couches 5A, 5B ont une épaisseur inférieure à 1 mm, de préférence sensiblement égale à 0,3 mm.

Claims (5)

  1. Câble de transport d'électricité comportant au moins un jonc central composite (1A, 1B) formés de fibres noyées dans une résine et autour duquel sont disposés des fils conducteurs métalliques (2, 3), ledit jonc (1) étant revêtu d'une couche de revêtement (6, 5A, 5B) constituée de noir de carbone noyé dans une résine, caractérisé en ce ladite couche de revêtement est constituée uniquement de 20 à 30% en poids de noir de carbone noyé dans ladite résine.
  2. Câble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite couche de revêtement (6, 5A, 5B) comporte sensiblement 20% en poids de noir de carbone.
  3. Câble selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite résine de ladite couche de revêtement (6, 5A, 5B) est de la résine époxy ou polyuréthane.
  4. Câble selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ledit jonc (1,1A, 1B) est en fibres de carbone pultrudées dans une résine époxy.
  5. Câble selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que lesdits fils conducteurs (2, 3) sont en aluminium ou en alliage d'aluminium.
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