EP3965124A1 - Câble électrique limitant les décharges partielles - Google Patents

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EP3965124A1
EP3965124A1 EP21194923.5A EP21194923A EP3965124A1 EP 3965124 A1 EP3965124 A1 EP 3965124A1 EP 21194923 A EP21194923 A EP 21194923A EP 3965124 A1 EP3965124 A1 EP 3965124A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrically conductive
layer
thickness
insulating layer
conductive element
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP21194923.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thomas Hähner
Patrick Rybski
Dimitri Charrier
Adrien Charmetant
Clara LAGOMARSINI
Nabil MELLOUKY
Marcelo PAIXAO DANTAS
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.)
Nexans SA
Original Assignee
Nexans 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 Nexans SA filed Critical Nexans SA
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/02—Disposition of insulation
    • H01B7/0208—Cables with several layers of insulating material
    • 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
    • H01B7/02—Disposition of insulation
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    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/124—Intrinsically conductive polymers
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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    • H01B13/22—Sheathing; Armouring; Screening; Applying other protective layers
    • H01B13/24—Sheathing; Armouring; Screening; Applying other protective layers by extrusion
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    • H01B7/02—Disposition of insulation
    • H01B7/0291—Disposition of insulation comprising two or more layers of insulation having different electrical properties
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    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/28—Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
    • H01B7/2813—Protection against damage caused by electrical, chemical or water tree deterioration
    • H—ELECTRICITY
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    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/02—Power cables with screens or conductive layers, e.g. for avoiding large potential gradients
    • H01B9/027—Power cables with screens or conductive layers, e.g. for avoiding large potential gradients composed of semi-conducting layers

Definitions

  • the present invention relates to an insulated electrically conductive element limiting the occurrence of partial discharges as well as an electrically conductive cable comprising such an element.
  • Electric cables generally comprise at least one electrically conductive element surrounded by at least one layer of an insulating material and optionally one or more layer(s) of a semiconductor material.
  • partial discharges can be generated. These partial discharges can appear on the surface of the insulation and/or in the insulation when air bubbles or cavities are present in the layer or layers surrounding the electrically conductive element or between a layer and the element (conductive or layer) that it surrounds. Such air cavities can in particular form when the cables are taped.
  • the cables are subjected to high voltages which, associated with the conditions of humidity, high temperature and low pressure, can favor the appearance of partial discharges.
  • Partial discharges which are tiny electric arcs in the insulating material, cause, over time, a degradation of the electrically insulating material, in particular by slow erosion, which can lead to its dielectric breakdown.
  • a solution to prevent partial discharges from appearing is often to increase the thickness of the insulating layer
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the PWM is based on the generation of a square voltage with variable duty cycle.
  • the rise time of the pulse being short (about 200ns)
  • an overvoltage can be created (which can go as far as doubling the value of the voltage) which is due in particular to the reflections of the wave of tension at the ends of the cable.
  • Such overvoltages favor the appearance of partial discharges.
  • the high chopping frequency of a PWM system (of the order of several tens of kHz) can accelerate the erosion of the insulating layer in the event of the appearance of partial discharges.
  • the insulating layer should have a significant thickness to avoid the appearance of partial discharges which would make the cables too heavy and unsuitable for use in certain fields such as for example in aeronautics.
  • the object of the present invention is to remedy at least one of the drawbacks of the prior art by proposing an electric cable having an insulation system allowing it to be subjected to high voltages and intensities while limiting or even avoiding the appearance of partial discharges.
  • the first subject of the present invention is an insulated electrically conductive element limiting the appearance of partial discharges, characterized in that it comprises an elongated electrically conductive element surrounded by an insulation system comprising at least one electrically insulating layer surrounding the elongated electrically conductive element and a first semiconductor layer surrounding said electrically insulating layer, said insulated electrically conductive element being characterized in that the electrically insulating layer has a thickness e i , the value of said thickness e i being determined as a function of the operating voltage U of the insulated electrically conductive element and an internal diameter d1 of the electrically insulating layer.
  • Such an electrically conductive element makes it possible to limit or even avoid the phenomenon of the appearance of partial discharges, known as Partial Discharge Inception (PDI).
  • PDI Partial Discharge Inception
  • the combination of the insulation system comprising at least two layers, namely an electrically insulating layer and a first semiconductor layer, and a thickness of the insulation layer determined according to the invention makes it possible to limit or even to avoid the appearance of partial discharges and/or to avoid dielectric breakdowns, and this, even at very high operating voltage values of the electrically conductive element.
  • the thickness of the insulation layer is reduced compared to the cables of the prior art seeking to avoid the appearance of partial discharges, which allows the electrically conductive element to be light and to be able to be used in fields requiring light electrical cables such as aeronautics.
  • the determination of the thickness of the insulation layer may involve a calculation, for example a calculation implemented by computer.
  • the calculation of the value of the thickness of the insulation layer is carried out using the value of the operating voltage U of the insulated electrically conductive element and the value of the internal diameter d1 of the electrically insulating layer. .
  • the diameter d1 also corresponds to the outer diameter of the electrically conductive element.
  • the insulated electrically conductive element may further comprise a third layer, said third layer being a second semiconductor layer surrounding the elongated electrically conductive element and being preferably placed between the elongated electrically conductive element and the electrically insulating layer.
  • the first semiconductor layer, the electrically insulating layer and the second semiconductor layer can constitute a three-layer insulation system.
  • the electrically insulating layer can be in direct physical contact with the first semiconductor layer
  • the second semiconductor layer can be in direct physical contact with the electrically insulating layer.
  • the diameter d1 corresponds to the outer diameter of the second layer semiconductor.
  • the current can be single-phase or three-phase or more generally multi-phase.
  • the voltage can be sinusoidal, continuous, chopped continuous (in the case where a PWM system is used) or have any other temporal form.
  • the operating voltage U corresponds to the voltage that can be applied between the electrically conductive isolated element and the neutral (the phase-to-neutral voltage) or between two electrically conductive isolated elements (the phase-to-phase voltage) and which can depend on its use.
  • the voltage U can have a value of at least 540 V, preferably of at least 800 V, preferably of at least 1200 V, and particularly preferably of at least 3000 V.
  • these voltage values correspond to the potential difference between the two poles (plus and minus).
  • these voltage values are peak-to-peak values (known as “peak to peak”).
  • the thickness e i of the electrically insulating layer can be determined as a function of a ratio between the operating voltage U and the diameter d1.
  • the electrically insulated conductor comprises two layers, namely the insulating layer and the first semiconductor layer of thickness e 1 , the value of the thickness e i satisfies the following relationship: yes > and 1
  • the electrically insulated conductor further comprises a second semi-conducting layer of thickness e 2
  • the value of the thickness e i satisfies the following relationship: yes ⁇ and 1 + and 2
  • the thickness e of a layer is in particular an average thickness which can vary by ⁇ 30%, preferably by ⁇ 20%, and in a particularly preferred way by ⁇ 10% with respect to the average thickness .
  • This variation in thickness can be random and be due in particular to the method of applying said layer to the element or the layer that it surrounds.
  • the value of the electric field E max corresponds to the maximum value of the electric field that can be applied to the insulation layer of the insulated electrically conductive element without there being any degradation of said element leading to a dielectric breakdown of the insulation layer for the required cable life.
  • the value of the electric field E max can be at most 30 kV/mm, preferably at most 20 kV/mm, and particularly preferably at most 10 kV/mm.
  • the thickness e i satisfies the following relationship: yes ⁇ d 1 2 exp U E max ⁇ d 1 2 ⁇ 1
  • the thickness e i satisfies the following relationship: yes ⁇ d 1 2 exp 3 ⁇ U E max ⁇ d 1 2 ⁇ 1
  • the thickness e i satisfies the following relationship: d 1 2 exp U E max ⁇ d 1 2 ⁇ yes ⁇ d 1 2 3 ⁇ U E max ⁇ d 1 2 ⁇ 1
  • the thickness e i simultaneously satisfies the following two relationships: yes ⁇ d 1 2 exp U E max ⁇ d 1 2 ⁇ 1 and yes ⁇ and 1 + and 2
  • the value of the electric field Emax is 5 kV/mm and the thickness e i then satisfies the following relationship: yes ⁇ d 1 2 exp U 2 , 5 ⁇ d 1 ⁇ 1
  • the electrically insulating layer may comprise at least one olefin polymer selected from linear low density polyethylene (LLDPE); a very low density polyethylene (VLDPE); low density polyethylene (LDPE); a medium density polyethylene (MDPE); a high density polyethylene (HDPE); an elastomeric ethylene-propylene copolymer (EPM); an ethylene propylene diene monomer (EPDM) terpolymer; a copolymer of ethylene and vinyl ester such as a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA); a copolymer of ethylene and acrylate such as a copolymer of ethylene and butyl acrylate (EBA) or a copolymer of ethylene and methyl acrylate (EMA); an ethylene-alpha-olefin copolymer such as an ethylene-octene copolymer (PEO) or an ethylene-butene copolymer (PEB); a fluorinated
  • the electrically insulating layer may comprise at least one fluorinated polymer, in particular chosen from the copolymers obtained from tetrafluoroethylene monomer, and in particular from polytetrafluoroethylene (PTFE); copolymers of fluorinated ethylene and propylene (FEP) such as for example poly(tetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene); perfluoroalkoxy (PFA) copolymers such as for example perfluoro(alkylvinylether)/tetrafluoroethylene copolymers; perfluoro methoxy (MFA) copolymers; and poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE); or a mixture thereof.
  • fluorinated polymer in particular chosen from the copolymers obtained from tetrafluoroethylene monomer, and in particular from polytetrafluoroethylene (PTFE); copolymers of fluorinated ethylene and propylene (FEP) such
  • the electrically insulating layer may comprise one or more perfluoroalkoxy (PFA) copolymers.
  • PFA perfluoroalkoxy
  • the electrically insulating layer can comprise the same polymeric composition as the first semiconductor layer.
  • the electrically insulating layer may comprise the same polymeric composition as the second semiconductor layer.
  • the electrically insulating layer may comprise the same polymeric composition as the first and the second semiconductor layers.
  • a polymeric composition corresponds to a composition comprising one or more polymers in a determined quantity, and in particular with determined percentages by weight of polymers.
  • the polymeric composition essentially comprises one or more polymers, preferably only one or more polymers.
  • a layer can be formed from a polymeric mixture comprising a polymeric composition to which can be added additional agents such as, for example, fillers, pigments, crosslinking agents, flame-retardant fillers, antioxidants, conductive fillers ...
  • the electrically insulating layer may comprise the same polymeric composition as the first semiconductor layer, the polymeric composition comprising one or more perfluoroalkoxy (PFA) copolymers.
  • the electrically insulating layer can comprise the same polymeric composition as the second semi-conductive layer, the polymeric composition comprising one or more perfluoroalkoxy (PFA) copolymers.
  • the electrically insulating layer may comprise the same polymer composition as the first and the second semi-conducting layers, the polymer composition comprising one or more perfluoroalkoxy (PFA) copolymers.
  • the electrically insulating layer may comprise at least 50% by weight of polymer(s), preferably at least 70% by weight of polymer(s), even more preferably at least 80% by weight of polymer(s), and even more preferably at least 90% by weight of polymer(s).
  • the electrically insulating layer of the invention can conventionally comprise additional agents such as, for example, fillers, pigments, crosslinking agents, flame retardant fillers, etc.
  • the electrically insulating layer may be a layer extruded around the electrically conductive element, or a layer in the form of a ribbon wound around the electrically conductive element, or a layer of varnish deposited around the electrically conductive element, or a combination thereof.
  • the electrically insulating layer is extruded around the electrically conductive element.
  • the electrically insulating layer is coextruded with the first semi-conducting layer and, when present, with the second semi-conducting layer, around the electrically conducting element.
  • the electrically insulating layer can be placed directly around the elongated electrically conductive element.
  • the electrically insulating layer can be placed directly around the second semiconductor layer and therefore be in direct physical contact with said layer.
  • the term "electrically insulating layer” means a layer whose electrical conductivity is very low or even zero, in particular less than 10 -6 S/m, and preferably less than 10 -13 S/m, and this in the operating temperature range can go up to 260°C.
  • the electrically conductive element can be used in the field of aeronautics.
  • the electrically insulating layer of the insulated electrically conductive element can possess one or more of the characteristics 1 to 7.
  • the electrically insulating layer of the insulated electrically conductive element can possess at least characteristics 1 and 2.
  • the first and/or the second semiconductor layer can possess one or more of the characteristics 6 and 7.
  • the elongated electrically conductive element can be a one-piece conductor such as for example a metal wire or a multi-body conductor such as a plurality of twisted or untwisted metal wires, preferably a plurality of metal wires, twisted or not, so as to increase the flexibility of cable.
  • a metal wire or a multi-body conductor such as a plurality of twisted or untwisted metal wires, preferably a plurality of metal wires, twisted or not, so as to increase the flexibility of cable.
  • the insulated electrically conductive element comprises a plurality of metallic wires, some of the metallic wires in the center of the conductor can be replaced by non-metallic wires having at least characteristic 1.
  • the elongated electrically conductive member can be aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, and a mixture thereof.
  • the elongated electrically conductive element may include one or more carbon nanotubes or with graphene to increase electrical conductivity, thermal conductivity and/or mechanical strength.
  • the electrically conductive element can be covered with a metal or an alloy different from the metal forming the conductor or different from the alloy forming the conductor, such as for example nickel, an alloy of nickel, tin, a tin alloy, silver, a silver alloy, or a mixture thereof.
  • a metal or an alloy different from the metal forming the conductor or different from the alloy forming the conductor such as for example nickel, an alloy of nickel, tin, a tin alloy, silver, a silver alloy, or a mixture thereof.
  • plating can make it possible to protect the conductor from corrosion and/or to improve its contact resistance.
  • the electrically conductive element formed from a metal or a metal alloy means that the electrically conductive element comprises at least 70%, preferably at 80%, and even more preferably at least 90% less of said metal or of said alloy .
  • the electrically conductive element may have a section ranging from 3 mm 2 (AWG 12) to 107 mm 2 (AWG 0000), preferably ranging from 14 mm 2 (AWG 6) to 107 mm 2 (AWG 0000), preferably ranging from 34 mm 2 (AWG 2) to 107 mm 2 (AWG 0000), and even more preferably ranging from 68 mm 2 (AWG00) to 107 mm 2 (AWG0000).
  • the electrically conductive element can have an outer diameter ranging from 2.0 mm to 20 mm, preferably ranging from 4.5 mm to 18 mm, preferably ranging from 7.0 mm to 16 mm, and even more preferably ranging from from 10mm to 15.2mm.
  • the first semiconductor layer can include at least one olefin polymer selected from linear low density polyethylene (LLDPE); a very low density polyethylene (VLDPE); low density polyethylene (LDPE); a medium density polyethylene (MDPE); high density polyethylene (HDPE); an elastomeric ethylene-propylene copolymer (EPM); an ethylene propylene diene monomer (EPDM) terpolymer; a copolymer of ethylene and vinyl ester such as a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA); a copolymer of ethylene and acrylate such as a copolymer of ethylene and butyl acrylate (EBA) or a copolymer of ethylene and methyl acrylate (EMA); an ethylene-alpha-olefin copolymer such as an ethylene-octene copolymer (PEO) or an ethylene-butene copolymer (PEB); a fluorinated polymer, chosen in
  • the first semiconductor layer may comprise at least one fluorinated polymer, chosen in particular from polytetrafluoroethylene (PTFE); copolymers of fluorinated ethylene and propylene (FEP) such as for example poly(tetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene); perfluoroalkoxy (PFA) copolymers such as for example perfluoro(alkylvinylether)/tetrafluoroethylene copolymers; perfluoro methoxy (MFA) copolymers; and poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE); or a mixture thereof.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • FEP fluorinated ethylene and propylene
  • PFA perfluoroalkoxy copolymers
  • MFA perfluoro methoxy copolymers
  • ETFE poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene)
  • the first semiconductor layer may comprise one or more perfluoroalkoxy (PFA) copolymers.
  • PFA perfluoroalkoxy
  • the first semiconductor layer may comprise at least 50% by weight of polymer(s), preferably at least 70% by weight of polymer(s), even more preferably at least 80% by weight of polymer(s) , and even more preferably at least 90% by weight of polymer(s).
  • the first semi-conductive layer of the invention may conventionally comprise electrically conductive fillers in an amount sufficient to render the first semi-conductive layer.
  • electrically conductive fillers such as for example carbon black, carbon nanotubes, etc.
  • the first semiconductor layer may be a layer extruded around the elongated electrically conductive element, or a layer in the form of a ribbon wound around the elongated electrically conductive element, or a layer of varnish deposited around the electrically conductive element. elongated conductor, or a combination thereof.
  • the first semiconductor layer is extruded around the electrically insulating layer.
  • the first semiconductor layer can be placed directly around the electrically insulating layer and therefore be in direct physical contact with said element.
  • the first semiconductor layer may have a thickness e 1 ranging from 0.05 mm (millimeter) to 1.0 mm, preferably ranging from 0.07 mm to 0.8 mm, and particularly preferably a thickness ranging from 0.09mm to 0.5mm.
  • semiconductor layer means a layer whose volume resistivity is less than 10,000 ⁇ m (Ohm meter) (at room temperature), preferably less than 1000 ⁇ m, and in such a way particularly preferred less than 500 ⁇ m.
  • the second semiconductor layer can comprise at least one polymer such as those described for the first semiconductor layer.
  • the second semiconductor layer can comprise at least one fluorinated polymer such as those described for the first semiconductor layer.
  • the second semiconductor layer may comprise at least 50% by weight of polymer(s), preferably at least 70% by weight of polymer(s), of even more preferably at least 80% by weight of polymer(s), and even more preferably at least 90% by weight of polymer(s).
  • the second semiconductive layer may typically include electrically conductive fillers in an amount sufficient to render the first layer semiconductive.
  • electrically conductive fillers such as for example carbon black, carbon nanotubes, etc.
  • the second semiconductor layer may be a layer extruded around the electrically conductive element, or a layer in the form of a ribbon wound around the electrically conductive element, or a layer of varnish deposited around the electrically conductive element, or a combination thereof.
  • the second semiconductor layer can be extruded around the electrically insulating layer.
  • the second semiconductor layer can be placed directly around the electrically conductive element and therefore be in direct physical contact with said element.
  • the first semiconductor layer thus makes it possible to smooth the electric field around the conductor.
  • the second semiconductor layer may have a thickness e 2 ranging from 0.05 nm to 1.0 mm, preferably ranging from 0.07 mm to 0.8 mm, and particularly preferably a thickness ranging from 0.09 mm to 0.5mm.
  • the second semiconductor layer may have an outside diameter ranging from 0.3 mm to 22 mm, preferably ranging from 0.8 mm to 18 mm, preferably ranging from 1.0 mm to 15 mm, and in a particularly preferred way ranging from 1.2mm to 12mm.
  • Insulated electrically conductive element Insulated electrically conductive element
  • the insulated electrically conductive element can be used at an intensity which can range from 35 A RMS to 1000 A RMS , preferably from 80 A RMS to 600 A RMS , particularly preferably from 190 A RMS to 500 A RMS , these values being indicated for a maximum temperature of the conductor in service of 260°C.
  • the insulated electrically conductive element can be used in direct current or in alternating current.
  • the frequency of use can range from 10 Hz (Hertz) to 100 kHz (kilohertz), preferably from 10 Hz to 10 kHz, in a particularly preferred way from 10 Hz to 3 kHz.
  • frequency means the fundamental frequency of the current.
  • the insulated electrically conductive element can be used, in an aircraft in a pressurized and non-pressurized zone, at a power ranging from 8 kVA (kilovoltampere) to 3000 kVA, preferably from 100 kVA to 2000 kVA, and particularly preferably from 250 kVA to 1500 kVA.
  • 8 kVA kilovoltampere
  • a second object of the invention relates to an electrically conductive cable comprising one or more insulated electrically conductive elements as previously described.
  • the voltage, current, power and frequency values described for the insulated electrically conductive element also apply for the electrically conductive cable.
  • the electrical cable may include a metal screen forming electromagnetic shielding.
  • the metallic screen can be placed around the second semi-conductive layer.
  • the metal screen can be placed around the second semi-conductive layer of each element and/or around all the electrically conductive insulated elements.
  • the metallic screen can be a so-called “wired” screen, composed of a set of conductors based on copper or aluminum, arranged around the second semi-conducting layer or around all the insulated electrically conducting elements; a so-called “taped” screen composed of one or more conductive metal tapes placed in a helix around the second semi-conductor layer or around all of the insulated electrically conductive elements; a so-called “sealed” screen of metal tube type surrounding the second semiconductor layer or all of the insulated electrically conductive elements; or a so-called “braided” screen forming a braid around the second semiconductor layer.
  • the metal screen is preferably "braided”, in particular to give the electrically conductive cable flexibility.
  • All types of metallic screen can play the role of earthing the electric cable and can thus carry fault currents, for example in the event of a short-circuit in the network concerned.
  • the electrically conductive cable may include a protective sheath.
  • the protective sheath may surround the metal screen.
  • the protective sheath can surround the second semi-conductor layer when the cable comprises a single insulated electrically conductive element, or surround all of the insulated electrically conductive elements when the cable includes several.
  • the protective sheath can be a layer based on polymers such as those described for the electrically insulating layer.
  • the protective sheath can preferably be based on one or more fluorinated polymers (such as, for example, of the PTFE, FEP, PFA and/or ETFE type) and/or polyimide.
  • the protective sheath can be the outermost layer of the cable.
  • the protective sheath can be in the form of a tape, an extrudate or a varnish.
  • an insulated electrically conductive element 1 comprises an elongated electrically conductive element 2, a second semiconductor layer (CSC) 3 surrounding the elongated electrically conductive element 2, an electrically insulating layer (CI) 4 surrounding the first semiconductor layer 3 and a first semiconductor layer (CSC) 5 surrounding said electrically insulating layer.
  • CSC second semiconductor layer
  • CI electrically insulating layer
  • CSC first semiconductor layer
  • the second semiconductor layer 3 has a thickness e 2 and the first semiconductor layer 5 has a thickness e 1 .
  • the electrically insulating layer 3 has a thickness ei determined according to one embodiment of the invention and which is greater than the sum: e 1 + e 2 .
  • the second semiconductor layer 3, the electrically insulating layer 4 and the first semiconductor layer 5 constitute a three-layer insulation system, which means that the electrically insulating layer 4 is in direct physical contact with the second semiconductor layer 3, and the first semiconductor layer 3 is in direct physical contact with the electrically insulating layer 4.
  • the elongated electrically conductive element 2 is formed by 37 copper strands covered with a layer of nickel and thus has a diameter of 12 AWG (“American Wire Gauge”).
  • the first and the second semiconductor layers 3 and 5 as well as the insulating layer 4 are formed by PFA.
  • the figure 2 shows an electrically conductive cable 10 according to a first embodiment of the invention comprising a single insulated electrically conductive element 1 surrounded by a metal screen 16 of the “braided” type made of nickel-plated copper.
  • the metal screen 16 is surrounded by a protective sheath 17 which is the outermost layer of the cable 10 and which is based on PFA.
  • the picture 3 represents an electrically conductive cable 20 according to a first embodiment of the invention comprising three insulated electrically conductive elements 1, 1' and 1" according to the invention.
  • the three insulated electrically conductive elements are identical, however , according to another possible embodiment, they may be different.They may differ in particular by the thickness of the semiconducting layers and of the insulating layer.
  • the assembly formed by the three insulated electrically conductive elements 1, 1' and 1" is surrounded by a metal screen 16 of the braided type.
  • the metal screen 16 is surrounded by a protective sheath 17 which is the outermost layer of the cable 10 and which is based on PFA
  • the electrically conductive cable 20 also comprises spaces 25 which include air.
  • the electrically conductive cable 10 according to the first embodiment and devoid of the protective sheath 17 of the invention is prepared by coextrusion of the three-layer insulation around the elongated electrically conductive element 2, the three-layer insulation system being formed by the first semiconductor layer 3, the electrically insulating layer 4 and the second semiconductor layer 5.
  • the metal screen 16 is then placed around the second semiconductor layer.
  • the electrically elongated conductor 2 is formed by 37 copper strands and covered with a layer of nickel according to European standard EN 2083.
  • the first semiconductor layer is formed from a polymer blend A comprising at least 60% by weight of copolymer perfluoroalkoxy (PFA) relative to the total weight of the polymer mixture, marketed under the reference S185.1 B by the company PolyOne.
  • PFA copolymer perfluoroalkoxy
  • the electrically insulating layer is formed from a second polymer blend B comprising at least 95% by weight of perfluoroalkoxy copolymer (PFA) relative to the total weight of the polymer blend, marketed under the reference AP-210 by the company DAIKIN.
  • PFA perfluoroalkoxy copolymer
  • the second semiconductor layer is formed from a third polymer blend C comprising 60% by weight of perfluoroalkoxy copolymer (PFA) relative to the total weight of the polymer blend, marketed under the reference S185.1 B by the company PolyOne.
  • PFA perfluoroalkoxy copolymer
  • the polymer mixtures A, B and C were each introduced into one of the three extruders of the three-layer coextrusion and extruded around the elongated electrically conductive element 2 with a temperature profile ranging from 320° C. to 380° C., the speed of rotation of the screws of these three extruders being regulated between 5 and 100 rotations per minute.
  • the cable 10 comprises a second semi-conducting layer which is in direct contact with the electrically insulating layer and the inside diameter d1 of the electrically insulating layer is therefore equal to the outside diameter of the second semi-conducting layer 3 .
  • This cable is designed for an operating voltage of 10kV peak .
  • Cable 10 of example 1 will be compared with cables 2 to 6 in which the three-layer insulation system is replaced by the insulation indicated in table 1, the electrically conductive element being identical to that of cable 10.
  • Table 1 No. Insulation Polymer Thickness (mm) Diameter (mm) 2 CI, banded superimposed PTFE 0.42 3.0 3 CI, banded edge to edge PTFE 0.42 3.0 4 CI, extruded AFP 0.42 3.0 5 CI1, extruded AFP 0.15 2.45 CI2, extruded AFP 1.62 5.70 6 CSC1, banded AFP (1) 0.12 2.39 CI, banded AFP 0.40 3.19 CSC2, banded AFP (1) 0.12 3.43 (1) Includes electrically conductive loads
  • the cables of examples 1 to 6 are then subjected to a partial discharge test according to standard EN 3475-307 Method B. During this test the voltage is increased in steps of 50V until the appearance of discharges and the partial discharge onset voltage (known as “Partial Discharge Inception Voltage” or PDIV). Then the voltage is reduced until partial discharges disappear and the partial discharge extinction voltage (known as “Partial Discharge Extinction Voltage” or PDEV) is noted.
  • PDIV Partial Discharge Inception Voltage
  • PDEV Partial Discharge Extinction Voltage
  • the cable 10 according to the invention makes it possible to increase the voltage to a value of at least 10 kV without partial discharges appearing.

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Abstract

L'invention concerne un élément électriquement conducteur isolé (1) pour le domaine de l'aéronautique, caractérisé en ce qu'il comprend un élément électriquement conducteur allongé entouré d'au deux couches, lesdites deux couches étant une couche électriquement isolante (4) entourant l'élément électriquement conducteur allongé (2) et une première couche semi-conductrice (5) entourant ladite couche électriquement isolante (4), au moins une des couches comprenant au moins un polymère fluoré.

Description

  • La présente invention concerne un élément électriquement conducteur isolé limitant l'apparition de décharges partielles ainsi qu'un câble électriquement conducteur comprenant un tel élément.
  • Les câbles électriques comprennent généralement au moins un élément électriquement conducteur entouré d'au moins une couche d'un matériau isolant et éventuellement une ou plusieurs couche(s) d'un matériau semi-conducteur.
  • Lors du fonctionnement du câble, des décharges partielles peuvent être générées. Ces décharges partielles peuvent apparaitre à la surface de l'isolation et/ou dans l'isolation lorsque des bulles ou cavités d'air sont présentes dans la ou les couches entourant l'élément électriquement conducteur ou entre une couche et l'élément (conducteur ou couche) qu'elle entoure. Des telles cavités d'airs peuvent notamment se former lorsque les câbles sont enrubannés.
  • Par ailleurs, dans le domaine de l'aéronautique, les câbles sont soumis à des tensions élevées ce qui, associé aux conditions d'humidité, de température élevée et de basse pression, peut favoriser l'apparition de décharges partielles. Les décharges partielles, qui sont de minuscules arcs électriques dans le matériau isolant, provoquent, avec le temps, une dégradation du matériau électriquement isolant, notamment par érosion lente, pouvant mener à sa rupture diélectrique. Une solution pour éviter que les décharges partielles apparaissent est souvent d'augmenter l'épaisseur de la couche isolante
  • Le problème des décharges partielles dans les câbles électrique, est d'autant plus important avec le développement de systèmes de propulsion hydrides ou électriques, notamment dans le domaine de l'aéronautique. En effet, dans le tels systèmes, les câbles vont devoir transporter des tensions et intensités de plus en plus élevées pour atteindre des puissances pouvant aller jusqu'à plusieurs dizaines de mégavoltampères (MVA).
  • Par ailleurs, dans la chaine électrique de systèmes de propulsion hybrides ou électrique il est possible d'utiliser un système de modulation par largeur d'impulsion (MLI) (connu sous l'anglicisme « Pulse Width Modulation » ou PWM) pour convertir une tension continue en tension variable afin de réguler la vitesse de moteurs électriques.
  • La MLI repose sur la génération d'une tension carrée à rapport cyclique variable. Le temps de montée de l'impulsion étant court (de l'ordre de 200ns), une surtension peut être créée (pouvant aller jusqu'à doubler la valeur de la tension) ce qui est dû en particulier aux réflexions de l'onde de tension aux extrémités du câble. De telles surtensions favorisent l'apparition de décharges partielles. Par ailleurs, la fréquence de découpage élevée d'un système MLI (de l'ordre de plusieurs dizaine de kHz) peut accélérer l'érosion de la couche isolante en cas d'apparition de décharges partielles.
  • A de telles valeurs élevées de tensions, la couche isolante devrait avoir une épaisseur importante pour éviter l'apparition de décharges partielles ce qui rendrait les câbles trop lourds et impropres à une utilisation dans certains domaines comme par exemple dans l'aéronautique.
  • Le but de la présente invention est de remédier à au moins un des inconvénients de l'art antérieur en proposant un câble électrique possédant un système d'isolation lui permettant d'être soumis à des tensions et intensités élevées tout en limitant voire évitant l'apparition de décharges partielles.
  • La présente invention a pour premier objet un élément électriquement conducteur isolé limitant l'apparition de décharges partielles, caractérisé en ce qu'il comprend un élément électriquement conducteur allongé entouré d'un système d'isolation comportant au moins une couche électriquement isolante entourant l'élément électriquement conducteur allongé et une première couche semi-conductrice entourant ladite couche électriquement isolante, ledit élément électriquement conducteur isolé étant caractérisé en ce que la couche électriquement isolante possède une épaisseur ei , la valeur de ladite épaisseur ei étant déterminée en fonction de la tension d'utilisation U de l'élément électriquement conducteur isolé et d'un diamètre intérieur d1 de la couche électriquement isolante.
  • Un tel élément électriquement conducteur permet de limiter voire d'éviter le phénomène d'apparition de décharges partielles, connu sous l'anglicisme « Partial Discharge Inception » (PDI). En particulier, la combinaison du système d'isolation comprenant au moins deux couches, à savoir une couche électriquement isolante et une première couche semi-conductrice, et d'une épaisseur de la couche d'isolation déterminée selon l'invention permet de limiter voire d'éviter l'apparition de décharges partielles et/ou d'éviter les ruptures diélectriques, et ce, même à des valeurs de tension d'utilisation de l'élément électriquement conducteur très élevées.
  • Avantageusement, l'épaisseur de la couche d'isolation est réduite par rapport aux câbles de l'art antérieur cherchant à éviter les l'apparition de décharges partielles, ce qui permet à l'élément électriquement conducteur d'être léger et de pouvoir être utilisé dans des domaines nécessitant des câbles électriques légers comme par exemple l'aéronautique.
  • Selon un mode de réalisation préféré, la détermination de l'épaisseur de la couche d'isolation peut faire intervenir un calcul, par exemple un calcul mis en œuvre par ordinateur. En particulier, le calcul de la valeur de l'épaisseur de la couche d'isolation est effectué en utilisant la valeur de la tension d'utilisation U de l'élément électriquement conducteur isolé et la valeur du diamètre intérieur d1 de la couche électriquement isolante.
  • Lorsque la couche électriquement isolante est placée en contact direct avec l'élément électriquement conducteur, le diamètre d1 correspond également au diamètre extérieur de l'élément électriquement conducteur.
  • Dans un mode de réalisation préféré, l'élément électriquement conducteur isolé peut comprendre en outre une troisième couche, ladite troisième couche étant une deuxième couche semi-conductrice entourant l'élément électriquement conducteur allongé et étant placée de préférence entre l'élément électriquement conducteur allongé et la couche électriquement isolante. Selon ce mode de réalisation, la première couche semi-conductrice, la couche électriquement isolante et la deuxième couche semi-conductrice peuvent constituer un système d'isolation tricouche. En d'autres termes, la couche électriquement isolante peut être en contact physique direct avec la première couche semi-conductrice, et la deuxième couche semi-conductrice peut être en contact physique direct avec la couche électriquement isolante.
  • Lorsque la couche électriquement isolante est placée en contact direct avec la deuxième couche semi-conductrice, la deuxième couche semi-conductrice étant placée entre l'élément électriquement conducteur allongé et la couche électriquement isolante, le diamètre d1 correspond au diamètre extérieur de la deuxième couche semi-conductrice.
  • Le courant peut être monophasé ou triphasé ou plus généralement multiphasé. La tension peut être sinusoïdale, continue, continue hachée (dans le cas où l'on utilise un système MLI) ou avoir toute autre forme temporelle. La tension d'utilisation U correspond à la tension pouvant être appliquée entre l'élément électriquement conducteur isolé et le neutre (la tension simple) ou entre deux éléments électriquement conducteur isolé (la tension composée) et qui peut être fonction de son utilisation.
  • La tension U peut avoir une valeur d'au moins 540 V, de préférence d'au moins 800 V, de préférence d'au moins 1200V, et de façon particulièrement préférée d'au moins 3000V. Dans les cas d'une tension continue ces valeurs de tensions correspondent à la différence de potentiel entre les deux pôles (le plus et le moins). Dans le cas d'une tension non continue (par exemple en courant alternatif ou dans des systèmes MLI) ces valeurs de tensions sont des valeurs crête à crête (connu sous l'anglicisme « peak to peak »).
    • Couche électriquement isolante
  • L'épaisseur ei de la couche électriquement isolante peut être déterminée en fonction d'un rapport entre la tension d'utilisation U et le diamètre d1.
  • De préférence, lorsque le conducteur électriquement isolé comprend deux couches, à savoir la couche isolante et la première couche semi-conductrice d'épaisseur e1 , la valeur de l'épaisseur ei satisfait à la relation suivante : ei > e 1
    Figure imgb0001
  • Lorsque le conducteur électriquement isolé comprend en outre une deuxième couche semi-conductrice d'épaisseur e2 , la valeur de l'épaisseur ei satisfait à la relation suivante : ei ≥ e 1 + e 2
    Figure imgb0002
  • Dans la présente invention, l'épaisseur e d'une couche est notamment une épaisseur moyenne qui peut varier de ± 30%, de préférence de ± 20%, et de façon particulièrement préférée de ± 10% par rapport à la l'épaisseur moyenne. Cette variation d'épaisseur peut être aléatoire et être due en particulier au procédé d'application de ladite couche sur l'élément ou la couche qu'elle entoure.
  • La valeur minimale de l'épaisseur ei exprimée en millimètres (mm) peut être déterminée en fonction d'un rapport R1 suivant: R 1 = U E max × d 1 2
    Figure imgb0003
    • U étant exprimée en kilovolts (kV),
    • Emax étant la valeur maximale du champ électrique pouvant être appliqué à la couche d'isolation, ou encore que le matériau formant la couche d'isolation peut supporter, et ce pendant la durée de vie requise de l'élément conducteur isolé dans son environnement d'utilisation, Emax étant exprimée en kilovolts/mm (kV/mm) et le diamètre d1 étant exprimé en millimètres (mm).
  • La valeur du champ électrique Emax correspond à la valeur maximale du champ électrique pouvant être appliqué à la couche d'isolation de l'élément électriquement conducteur isolé sans qu'il n'y ait de dégradation dudit élément amenant à une rupture diélectrique de la couche d'isolation pendant la durée de vie du câble requise. La valeur du champ électrique Emax peut être d'au plus 30 kV/mm, de préférence d'au plus 20 kV/mm, et de façon particulièrement préférée d'au plus 10 kV/mm.
  • De préférence, la valeur minimale de l'épaisseur ei est déterminée en fonction d'une expression E1 suivante: E 1 = exp U E max × d 1 2 − 1
    Figure imgb0004
  • De façon particulièrement préférée, l'épaisseur ei satisfait à la relation suivante: ei ≥ d 1 2 exp U E max × d 1 2 − 1
    Figure imgb0005
  • La valeur maximale de l'épaisseur ei peut être déterminée en fonction d'un rapport R2 suivant: R 2 = 3 × U E max × d 1 2
    Figure imgb0006
  • De préférence, la valeur maximale de l'épaisseur ei peut être déterminée en fonction d'une expression E2 suivante: E 2 = exp 3 × U E max × d 1 2 − 1
    Figure imgb0007
  • De façon particulièrement préférée, l'épaisseur ei satisfait à la relation suivante: ei ≥ d 1 2 exp 3 × U E max × d 1 2 − 1
    Figure imgb0008
  • Selon un mode de réalisation préféré, l'épaisseur ei satisfait à la relation suivante: d 1 2 exp U E max × d 1 2 ≤ ei ≤ d 1 2 3 × U E max × d 1 2 − 1
    Figure imgb0009
  • Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, l'épaisseur ei satisfait simultanément aux deux relations suivantes: ei ≥ d 1 2 exp U E max × d 1 2 − 1
    Figure imgb0010
     et ei ≥ e 1 + e 2
    Figure imgb0011
  • Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la valeur du champ électrique Emax est de 5 kV/mm et l'épaisseur ei satisfait alors à la relation suivante: ei ≥ d 1 2 exp U 2 , 5 × d 1 − 1
    Figure imgb0012
  • La couche électriquement isolante peut comprendre au moins un polymère d'oléfine choisi parmi un polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE); un polyéthylène très basse densité (VLDPE); un polyéthylène basse densité (LDPE); un polyéthylène moyenne densité (MDPE); un polyéthylène haute densité (HDPE); un copolymère élastomère d'éthylène-propylène (EPM); un terpolymère éthylène propylène diène monomère (EPDM); un copolymère d'éthylène et de vinyl ester tel qu'un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyl (EVA); un copolymère d'éthylène et d'acrylate tel qu'un copolymère d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA) ou un copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle (EMA); un copolymère d'éthylène et d'alpha-oléfine tel qu'un copolymère d'éthylène et d'octène (PEO) ou un copolymère d'éthylène et de butène (PEB); un polymère fluoré, notamment choisi parmi les copolymères obtenus à partir du monomère de tétrafluoroéthylène, et en particulier parmi le polytétrafluoroéthylène (PTFE), les copolymères d'éthylène et de propylène fluorés (FEP) comme par exemple les poly(tétrafluoroéthylène-co-hexafluoropropylène), les copolymères perfluoroalkoxy (PFA) comme par exemple les copolymères perfluoro(alkylvinyléther)/tétrafluoroéthylène, les copolymères perfluoro méthoxy (MFA), et les poly(éthylène-co-tétrafluoroéthylène) (ETFE) ; et un de leurs mélanges.
  • De préférence, la couche électriquement isolante peut comprendre au moins un polymère fluoré, notamment choisi les copolymères obtenus à partir du monomère de tétrafluoroéthylène, et en particulier parmi le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ; les copolymères d'éthylène et de propylène fluorés (FEP) comme par exemple les poly(tétrafluoroéthylène-co-hexafluoropropylène) ; les copolymères perfluoroalkoxy (PFA) comme par exemple les copolymères perfluoro(alkylvinyléther)/tétrafluoroéthylène ; les copolymères perfluoro méthoxy (MFA) ; et les poly(éthylène-co-tétrafluoroéthylène) (ETFE) ; ou un de leurs mélanges.
  • De façon particulièrement préférée, la couche électriquement isolante peut comprendre un ou plusieurs copolymères perfluoroalkoxy (PFA).
  • De préférence, la couche électriquement isolante peut comprendre la même composition polymérique que la première couche semi-conductrice. Lorsque le conducteur électriquement isolé comprend trois couches, la couche électriquement isolante peut comprendre la même composition polymérique que la deuxième couche semi-conductrice. De façon particulièrement préférée, la couche électriquement isolante peut comprendre la même composition polymérique que la première et que la deuxième couches semi-conductrices.
  • Dans la présente invention, une composition polymérique correspond à une composition comprenant un ou plusieurs polymères en quantité déterminée, et notamment avec des pourcentages en poids de polymères déterminés. La composition polymérique comporte essentiellement un ou plusieurs polymères, de préférence uniquement un ou plusieurs polymères. Ainsi, une couche peut être formé à partir d'un mélange polymérique comprenant une composition polymérique à laquelle peuvent être ajoutés des agents additionnels comme par exemple des charges, des pigments, des agents de réticulation, des charges ignifugeantes, des antioxydants, des charges conductrices...
  • De préférence, la couche électriquement isolante peut comprendre la même composition polymérique que la première couche semi-conductrice, la composition polymérique comprenant un ou plusieurs copolymères perfluoroalkoxy (PFA). De préférence, la couche électriquement isolante peut comprendre la même composition polymérique que la deuxième couche semi-conductrice, la composition polymérique comprenant un ou plusieurs copolymères perfluoroalkoxy (PFA). De façon particulièrement préférée, la couche électriquement isolante peut comprendre la même composition polymérique que la première et que la deuxième couches semi-conductrices, la composition polymérique comprenant un ou plusieurs copolymères perfluoroalkoxy (PFA).
  • La couche électriquement isolante peut comprendre au moins 50% en poids de polymère(s), de préférence au moins 70% en poids de polymère (s), de manière encore plus préférée au moins 80% en poids de polymère(s), et de manière encore plus préférée au moins 90% en poids de polymère (s).
  • La couche électriquement isolante de l'invention peut comprendre classiquement des agents additionnels comme par exemple des charges, des pigments, des agents de réticulation, des charges ignifugeantes...
  • La couche électriquement isolante peut-être une couche extrudée autour de l'élément électriquement conducteur, ou une couche sous forme de ruban enroulé autour de l'élément électriquement conducteur, ou une couche de vernis déposée autour de l'élément électriquement conducteur, ou une de leurs combinaisons.
  • De préférence, la couche électriquement isolante est extrudée autour de l'élément électriquement conducteur. De façon particulièrement préférée, la couche électriquement isolante est coextrudée avec la première couche semi-conductrice et, lorsqu'elle est présente, avec la deuxième couche semi-conductrice, autour de l'élément électriquement conducteur.
  • Selon un mode de réalisation, la couche électriquement isolante peut être directement placée autour de l'élément électriquement conducteur allongé. Lorsque le conducteur électriquement isolé comprend trois couches, la couche électriquement isolante peut être directement placée autour de la deuxième couche semi-conductrice et donc être en contact physique direct avec ladite couche.
  • Dans la présente invention, on entend par « couche électriquement isolante » une couche donc la conductivité électrique est très faible voire nulle, notamment inférieure à 10-6 S/m, et de préférence inférieure à 10-13 S/m, et ce dans la plage de température d'utilisation pouvant aller jusqu'à 260°C.
  • De préférence, la couche électriquement isolante de l'élément électriquement conducteur de l'invention peut avoir une ou plusieurs des caractéristiques additionnelles suivante :
    • caractéristique 1 : une résistance à des températures allant de -70°C à 260°C, de préférence allant de -65°C à 250°C, et de façon particulièrement préférée de -55°C à 180°C ;
    • caractéristique 2 : une résistance à un champ électrique E allant de 1 kV/mm à 30kV/mm , de préférence allant de 3 kV/mm à 20 kV/mm, et de façon particulièrement préférée allant de 5 kV/mm à 20 kV/mm, en particulier lorsque ce champ électrique est appliqué de façon continue pour une durée pouvant aller jusqu'à 430 000 heures (h) de préférence jusqu'à 260 000 h, et de façon encore plus préférée jusqu'à 90 000 h, ces valeurs étant données pour une couche électriquement isolante en forme de plaque d'une épaisseur de 0,5 mm ;
    • caractéristique 3: une rigidité diélectrique selon la norme ASTM D149 supérieure à 20 kV/mm, de préférence supérieure à 40 kV/mm, et de façon particulièrement préférée supérieure à 60 kV/mm, ces valeurs étant données pour une couche électriquement isolante en forme de plaque d'une épaisseur de 0,5 mm et étant obtenues par analyse statistique avec une distribution de Weibull avec deux paramètres (cf. norme IEC 62539) sur une population d'au moins dix plaques ; le factor de forme de ladite distribution entant supérieur à 20 ;
    • caractéristique 4 : un « facteur de pertes diélectriques» selon la norme ASTM D150 inférieur à 10-2, de préférence inférieur à 10-3, et de façon particulièrement préférée inférieur à 3×10-4, et ce, pour une fréquence comprise entre 100Hz et 100kHz et à une température de 0 à 200°C ;
    • caractéristique 5 : une permittivité diélectrique selon la norme ASTM D150 inférieure à 2,3, de préférence inférieure à 2,2, et de façon particulièrement préférée inférieure à 2,1 ; et ce, pour une fréquence comprise entre 100Hz et 100kHz et à une température de 0 à 200°C ;
    • caractéristique 6 : un coefficient d'expansion linéaire thermique selon la norme ASTM D696 inférieur à 25×10-5 K-1 à 23°C, de préférence inférieur à 20×10-5 K-1 à 23°C, et de façon particulièrement préférée inférieur à 15×10-5 K-1 à 23°C ;
    • caractéristique 7 : un indice limite d'oxygène (ILO) selon la norme ASTM D2863 supérieur à 30, de préférence supérieur à 60, et de façon particulièrement préféré supérieur à 90.
  • Selon un mode de réalisation préféré, l'élément électriquement conducteur peut être utilisé dans le domaine de l'aéronautique. Selon ce mode de réalisation, la couche électriquement isolante de l'élément électriquement conducteur isolé peut posséder une ou plusieurs des caractéristiques 1 à 7. Selon ce mode de réalisation préféré, la couche électriquement isolante de l'élément électriquement conducteur isolé peut posséder au moins les caractéristiques 1 et 2.
  • Selon un mode de réalisation possible, la première et/ou la deuxième couche semi-conductrice peuvent posséder une ou plusieurs des caractéristiques 6 et 7.
    • Elément électriquement conducteur
  • L'élément électriquement conducteur allongé peut être un conducteur monocorps tel que par exemple un fil métallique ou un conducteur multicorps tel qu'une pluralité de fils métalliques torsadés ou non, de préférence une pluralité de fils métalliques, torsadés ou non, de manière à augmenter la flexibilité du câble. Lorsque l'élément électriquement conducteur isolé comprend une pluralité de fils métalliques, certains des fils métalliques au centre du conducteur peuvent être remplacés par des fils non métalliques possédant au moins la caractéristique 1.
  • L'élément électriquement conducteur allongé peut être en aluminium, en alliage d'aluminium, en cuivre, en alliage de cuivre, et un de leurs mélanges.
  • L'élément électriquement conducteur allongé peut comprendre un ou plusieurs nanotubes de carbone ou avec du graphène afin d'augmenter la conductivité électrique, la conductivité thermique et/ou la résistance mécanique.
  • Selon un mode de réalisation possible, l'élément électriquement conducteur peut être recouvert d'un métal ou d'un alliage différent du métal formant le conducteur ou différent de l'alliage formant le conducteur, tel que par exemple du nickel, un alliage de nickel, de l'étain, un alliage d'étain, de l'argent, un alliage d'argent, ou un de leurs mélanges. Un tel recouvrement, appelé placage, peut permettre de protéger le conducteur de la corrosion et/ou d'améliorer sa résistance de contact.
  • L'élément électriquement conducteur formé en un métal ou en un alliage de métal signifie que l'élément électriquement conducteur comprend au moins 70%, de préférence au 80%, et de façon encore plus préférée au moins 90% moins dudit métal ou dudit alliage.
  • L'élément électriquement conducteur peut avoir une section allant de 3 mm2 (AWG 12) à 107mm2 (AWG 0000), de préférence allant de 14 mm2 (AWG 6) à 107 mm2 (AWG 0000), de préférence allant de 34 mm2 (AWG 2) à 107 mm2 (AWG 0000), et de façon encore plus préférée allant de 68 mm2 (AWG00) à 107 mm2 (AWG0000).
  • L'élément électriquement conducteur peut avoir un diamètre extérieur allant de 2,0 mm à 20 mm, de préférence allant de 4,5mm à 18 mm, de préférence allant de 7,0 mm à 16 mm, et de façon encore plus préférée allant de 10 mm à 15,2 mm.
    • Première couche semi-conductrice
  • La première couche semi-conductrice peut comprendre au moins un polymère d'oléfine choisi parmi un polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE); un polyéthylène très basse densité (VLDPE); un polyéthylène basse densité (LDPE); un polyéthylène moyenne densité (MDPE); un polyéthylène haute densité (HDPE); un copolymère élastomère d'éthylène-propylène (EPM); un terpolymère éthylène propylène diène monomère (EPDM); un copolymère d'éthylène et de vinyl ester tel qu'un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyl (EVA); un copolymère d'éthylène et d'acrylate tel qu'un copolymère d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA) ou un copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle (EMA); un copolymère d'éthylène et d'alpha-oléfine tel qu'un copolymère d'éthylène et d'octène (PEO) ou un copolymère d'éthylène et de butène (PEB); un polymère fluoré, notamment choisi parmi les copolymères obtenus à partir du monomère de tétrafluoroéthylène, et en particulier parmi le polytétrafluoroéthylène (PTFE), les copolymères d'éthylène et de propylène fluorés (FEP) comme par exemple les poly(tétrafluoroéthylène-co-hexafluoropropylène), les copolymères perfluoroalkoxy (PFA) comme par exemple les copolymères perfluoro(alkylvinyléther)/tétrafluoroéthylène, les copolymères perfluoro méthoxy (MFA), et les poly(éthylène-co-tétrafluoroéthylène) (ETFE) ; et un de leurs mélanges.
  • De préférence, la première couche semi-conductrice peut comprendre au moins un polymère fluoré, notamment choisi parmi le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ; les copolymères d'éthylène et de propylène fluorés (FEP) comme par exemple les poly(tétrafluoroéthylène-co-hexafluoropropylène) ; les copolymères perfluoroalkoxy (PFA) comme par exemple les copolymères perfluoro(alkylvinyléther)/tétrafluoroéthylène ; les copolymères perfluoro méthoxy (MFA) ; et les poly(éthylène-co-tétrafluoroéthylène) (ETFE) ; ou un de leurs mélanges.
  • De façon particulièrement préférée, la première couche semi-conductrice peut comprendre un ou plusieurs copolymères perfluoroalkoxy (PFA).
  • La première couche semi-conductrice peut comprendre au moins 50% en poids de polymère(s), de préférence au moins 70% en poids de polymère (s), de manière encore plus préférée au moins 80% en poids de polymère(s), et de manière encore plus préférée au moins 90% en poids de polymère (s).
  • La première couche semi-conductrice de l'invention peut comprendre classiquement des charges électriquement conductrices en une quantité suffisante pour rendre la première couche semi-conductrice. A titre d'exemple, elle peut comprendre de 0,1% à 40% en poids de charges électriquement conductrices, telles que par exemple du noir de carbone, des nanotubes de carbone ...
  • La première couche semi-conductrice peut-être une couche extrudée autour de l'élément électriquement conducteur allongé, ou une couche sous forme de ruban enroulé autour de l'élément électriquement conducteur allongé, ou une couche de vernis déposée autour de l'élément électriquement conducteur allongé, ou une de leurs combinaison.
  • De préférence, la première couche semi-conductrice est extrudée autour de la couche électriquement isolante.
  • Selon un mode de réalisation préféré, la première couche semi-conductrice peut être directement placée autour de la couche électriquement isolante et donc être en contact physique direct avec ledit élément.
  • La première couche semi-conductrice peut posséder une épaisseur e1 allant de 0,05 mm (millimètre) à 1,0 mm, de préférence allant de 0,07 mm à 0,8 mm, et de façon particulièrement préférée une épaisseur allant de 0,09 mm à 0,5 mm.
  • Dans la présente invention, on entend par « couche semi-conductrice » une couche dont la résistivité volumique est inférieure à 10 000 Ω×m (Ohm mètre) (à température ambiante), de préférence inférieure à 1000 Ω×m, et de façon particulièrement préférée inférieure à 500 Ω×m.
    • Deuxième couche semi-conductrice
  • La deuxième couche semi-conductrice peut comprendre au moins un polymère tel que ceux décrits pour la première couche semi-conductrice.
  • De préférence, la deuxième couche semi-conductrice peut comprendre au moins un polymère fluoré tel que ceux décrits pour la première couche semi-conductrice.
  • La deuxième couche semi-conductrice peut comprendre au moins 50% en poids de polymère(s), de préférence au moins 70% en poids de polymère (s), de manière encore plus préférée au moins 80% en poids de polymère(s), et de manière encore plus préférée au moins 90% en poids de polymère (s).
  • La deuxième couche semi-conductrice peut comprendre classiquement des charges électriquement conductrices en une quantité suffisante pour rendre la première couche semi-conductrice. A titre d'exemple, elle peut comprendre de 0,1% à 40% en poids de charges électriquement conductrices, telles que par exemple du noir de carbone, des nanotubes de carbone ...
  • La deuxième couche semi-conductrice peut-être une couche extrudée autour de l'élément électriquement conducteur, ou une couche sous forme de ruban enroulé autour de l'élément électriquement conducteur, ou une couche de vernis déposée autour de l'élément électriquement conducteur, ou une de leurs combinaison.
  • Selon un mode de réalisation préféré, la deuxième couche semi-conductrice peut être extrudée autour de la couche électriquement isolante.
  • Selon un mode de réalisation préféré, la deuxième couche semi-conductrice peut être directement placée autour de l'élément électriquement conducteur et donc être en contact physique direct avec ledit élément. La première couche semi-conductrice permet ainsi de lisser le champ électrique autour du conducteur.
  • La deuxième couche semi-conductrice peut posséder une épaisseur e2 allant de 0,05 nm à 1,0 mm, de préférence allant de 0,07 mm à 0,8 mm, et de façon particulièrement préférée une épaisseur allant de 0,09 mm à 0,5 mm.
  • La deuxième couche semi-conductrice peut posséder un diamètre extérieur allant de 0,3 mm à 22 mm, de préférence allant de 0,8 mm à 18 mm, de préférence allant de 1,0 mm à 15 mm, et de façon particulièrement préférée allant de 1,2 mm à 12 mm.
    • Elément électriquement conducteur isolé
  • L'élément électriquement conducteur isolé peut être utilisé à une intensité pouvant aller de 35 ARMS à 1000 ARMS, de préférence de 80 ARMS à 600 ARMS, de façon particulièrement préférée de 190 ARMS à 500 ARMS, ces valeurs étant indiquées pour une température maximale du conducteur en service de 260°C.
  • L'élément électriquement conducteur isolé peut être utilisé en courant continu ou en courant alternatif. Lorsqu'il est utilisé en courant alternatif, la fréquence d'utilisation peut aller de 10 Hz (Hertz) à 100 kHz (kilohertz), de préférence de 10 Hz à 10 kHz, de façon particulièrement préférée de 10 Hz à 3 kHz. Dans un système MLI on entend par fréquence la fréquence fondamentale du courant.
  • L'élément électriquement conducteur isolé peut être utilisé, dans un aéronef en zone pressurée et non-pressurée, à une puissance allant de 8 kVA (kilovoltampère) à 3000 kVA, de préférence de 100 kVA à 2000 kVA, et de façon particulièrement préférée de 250 kVA à 1500 kVA.
    • Câble électriquement conducteur
  • Un deuxième objet de l'invention concerne un câble électriquement conducteur comprenant un ou plusieurs éléments électriquement conducteurs isolés tels que précédemment décrits.
  • Les valeurs de tension, d'intensité, de puissance et de fréquence décrites pour l'élément électriquement conducteur isolé s'appliquent également pour le câble électriquement conducteur.
  • Le câble électrique peut comprendre un écran métallique formant un blindage électromagnétique. Dans le cas où le câble comprend un unique élément électriquement conducteur isolé, l'écran métallique peut être placé autour de la deuxième couche semi-conductrice. Dans le cas où le câble comprend plusieurs éléments électriquement conducteurs isolés, l'écran métallique peut être placé autour de la deuxième couche semi-conductrice de chaque élément et/ou autour de l'ensemble des éléments électriquement conducteurs isolés.
  • L'écran métallique peut être un écran dit « filaire », composé d'un ensemble de conducteurs à base de cuivre ou d'aluminium, arrangé autour de la deuxième couche semi-conductrice ou autour de l'ensemble des éléments électriquement conducteurs isolés ; un écran dit « rubané » composé d'un ou de plusieurs rubans métalliques conducteurs posé(s) en hélice autour de la deuxième couche semi-conductrice ou autour de l'ensemble des éléments électriquement conducteurs isolés ; un écran dit « étanche » de type tube métallique entourant la deuxième couche semi-conductrice ou l'ensemble des éléments électriquement conducteurs isolés ; ou un écran dit « tressé » formant une tresse autour de la deuxième couche semi-conductrice. L'écran métallique est de préférence « tressé », notamment pour conférer au câble électriquement conducteur de la flexibilité.
  • Tous les types d'écran métalliques peuvent jouer le rôle de mise à la terre du câble électrique et peuvent ainsi transporter des courants de défaut, par exemple en cas de court-circuit dans le réseau concerné.
  • En outre, le câble électriquement conducteur peut comprendre une gaine de protection. Lorsque le câble comprend un écran métallique, la gaine de protection peut entourer l'écran métallique. Dans le cas où le câble ne comprend pas d'écran métallique, la gaine de protection peut entourer la deuxième couche semi-conductrice lorsque le câble comprend un unique élément électriquement conducteur isolé, ou entourer l'ensemble des éléments électriquement conducteur isolés lorsque le câble en comprend plusieurs.
  • La gaine de protection peut être une couche à base de polymères tels que ceux décrit pour la couche électriquement isolante. Pour une application dans le domaine de l'aéronautique, la gaine de protection peut être de préférence à base d'un ou plusieurs polymères fluorés (comme par exemple du type PTFE, FEP, PFA et/ou ETFE) et/ou de polyimide.
  • De préférence, la gaine de protection peut être la couche la plus extérieure du câble.
  • La gaine de protection peut être sous forme d'un ruban, d'un extrudât ou d'un vernis.
    • Brève description des dessins
  • Les dessins annexés illustrent l'invention :
    • La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un élément électriquement conducteur isolé selon un mode de réalisation de l'invention ;
    • La figure 2 représente une vue en coupe transversale d'un câble électriquement conducteur selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
    • La figure 3 représente une vue en coupe transversale d'un câble électriquement conducteur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
    • La figure 4 est un graphique représentant la tension d'apparition de décharges partielles pour différents types de câbles ; et
    • La figure 5 est un graphique représentant la tension d'extinction de décharges partielles pour différents types de câbles.
    Description de mode(s) de réalisation
  • Pour des raisons de clarté, seuls les éléments essentiels pour la compréhension des modes de réalisation exposés ci-après ont été représentés de manière schématique, et ceci sans respect de l'échelle.
  • Comme illustré sur la figure 1, un élément électriquement conducteur isolé 1 selon un mode de réalisation de l'invention comprend un élément électriquement conducteur allongé 2, une deuxième couche semi-conductrice (CSC) 3 entourant l'élément électriquement conducteur allongé 2, une couche électriquement isolante (CI) 4 entourant la première couche semi-conductrice 3 et une première couche semi-conductrice (CSC) 5 entourant ladite couche électriquement isolante.
  • La deuxième couche semi-conductrice 3 possède une épaisseur e 2 et la première couche semi-conductrice 5 possède une épaisseur e 1. La couche électriquement isolante 3 possède une épaisseur ei déterminée selon un mode de réalisation de l'invention et qui est supérieure à la somme : e 1 + e 2.
  • Dans ce mode de réalisation, la deuxième couche semi-conductrice 3, la couche électriquement isolante 4 et la première couche semi-conductrice 5 constituent un système d'isolation tricouche, ce qui signifie que la couche électriquement isolante 4 est en contact physique direct avec la deuxième couche semi-conductrice 3, et la première couche semi-conductrice 3 est en contact physique direct avec la couche électriquement isolante 4.
  • L'élément électriquement conducteur allongé 2 est formé par 37 brins en cuivre recouvert par une couche de nickel et possède ainsi à un diamètre de 12 AWG (« American Wire Gauge »).
  • La première et la deuxième couches semi-conductrices 3 et 5 ainsi que la couche isolante 4 sont formées par du PFA.
  • La figure 2 représente un câble électriquement conducteur 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention comprenant un unique élément électriquement conducteur isolé 1 entouré d'un écran métallique 16 du type « tressé » en cuivre nickelé. L'écran métallique 16 est entouré par une gaine de protection 17 qui est la couche la plus extérieure du câble 10 et qui est à base de PFA.
  • La figure 3 représente un câble électriquement conducteur 20 selon un premier mode de réalisation de l'invention comprenant trois éléments électriquement conducteurs isolés 1, 1' et 1" selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, les trois éléments électriquement conducteurs isolés sont identiques, cependant, selon un autre mode de réalisation possible, ils peuvent être différents. Ils peuvent différer notamment par l'épaisseur des couches semi-conductrices et de la couche isolante.
  • L'ensemble formé par les trois éléments électriquement conducteurs isolés 1, 1' et 1"est entouré d'un écran métallique 16 du type tressé. L'écran métallique 16 est entouré par une gaine de protection 17 qui est la couche la plus extérieure du câble 10 et qui est à base de PFA. Le câble électriquement conducteur 20 comprend également des espaces 25 qui comprennent de l'air.
    • Exemples de réalisation Exemple 1
  • Le câble électriquement conducteur 10 selon le premier mode de réalisation et dépourvu de la gaine de protection 17 de l'invention est préparé par coextrusion de l'isolation tricouche autour de l'élément électriquement conducteur allongé 2, le système d'isolation tricouche étant formée par la première couche semi-conductrice 3, la couche électriquement isolante 4 et la deuxième couche semi-conductrice 5.
  • L'écran métallique 16 est ensuite placé autour de la deuxième couche semi-conductrice.
  • Le conducteur électriquement allongé 2 est formé par 37 brins en cuivre et recouvert par une couche de nickel selon la norme européenne EN 2083.
  • La première couche semi-conductrice est formée à partir d'un mélange polymérique A comprenant au moins 60 % en poids de copolymère perfluoroalkoxy (PFA) par rapport au poids total du mélange polymérique, commercialisé sous la référence S185.1 B par la société PolyOne.
  • La couche électriquement isolante est formée à partir d'un deuxième mélange polymérique B comprenant au moins 95 % en poids de copolymère perfluoroalkoxy (PFA) par rapport au poids total du mélange polymérique, commercialisé sous la référence AP-210 par la société DAIKIN.
  • La deuxième couche semi-conductrice est formée à partir d'un troisième mélange polymérique C comprenant 60% en poids de copolymère perfluoroalkoxy (PFA) par rapport au poids total du mélange polymérique, commercialisé sous la référence S185.1 B par la société PolyOne.
  • Les mélanges polymériques A, B et C ont été chacun introduits dans une des trois extrudeuses de la coextrusion tri-couche et extrudés autour de l'élément électriquement conducteur allongé 2 avec un profil de température de allant de 320°C à 380°C, la vitesse de rotation des vis de ces trois extrudeuses étant réglée entre 5 et 100 tours par minute.
  • Le câble 10 ayant les dimensions ci-dessous est alors formé :
    • diamètre moyen du conducteur = 2,15 mm (± 10%) ;
    • épaisseur moyenne e2 = 0,15 mm (± 10%) ;
    • diamètre extérieur moyen de la couche 3 = 2,45 mm (± 10%) ;
    • épaisseur moyenne ei = 1,62 mm (± 10%) ;
    • diamètre extérieur moyen de la couche 4 = 5,70 mm (± 10%) ;
    • épaisseur moyenne e1 = 0,15 mm (± 10%) ;
    • diamètre extérieur moyen de la couche 5 = 6,00 mm (± 10%) ; et
    • épaisseur moyenne de l'écran = 0,2mm (± 10%).
  • Dans cet exemple de réalisation, le câble 10 comprend une deuxième couche semi-conductrice qui est en contact direct avec la couche électriquement isolante et le diamètre intérieur d1 de la couche électriquement isolante est donc égal au diamètre extérieur de la deuxième couche semi-conductrice 3.
  • La couche isolante 4 du câble 10 possède les caractéristiques suivantes :
    • caractéristique 1 : une résistance à des températures allant de -55°C à 250°C ;
    • caractéristique 2 : une résistance à un champ électrique E de 10 kVcrête/mm, lorsque ce champ électrique est appliqué de façon continue pour une durée pouvant aller jusqu'à 90000 heures (h);
    • caractéristique 3: une rigidité diélectrique selon la norme ASTM D149 supérieure à 60 kV/mm ;
    • caractéristique 4 : un facteur de pertes diélectriques selon la norme ASTM D150 de 3×10-4 et ce, pour une fréquence comprise entre 100 Hz et 100 kHz et à une température de 0 à 200°C ;
    • caractéristique 5 : une permittivité diélectrique selon la norme ASTM D150 de 2,0, et ce, pour une fréquence comprise entre 100 Hz et 100 kHz et à une température de 0 à 200°C ;
    • caractéristique 6 : un coefficient d'expansion linéaire thermique selon la norme ASTM D696 de 12 K-1 à 23°C ;
    • caractéristique 7 : un indice limite d'oxygène (ILO) selon la norme ASTM D2863 de 90;
  • Ce câble est prévu pour une tension d'utilisation de 10kVcrête.
    • Exemples comparatifs 2 à 6
  • Le câble 10 de l'exemple 1 va être comparé avec les câbles 2 à 6 dans lesquels le système d'isolation tricouche est remplacé par l'isolation indiquée dans le tableau 1, l'élément électriquement conducteur étant identique à celui du câble 10. Tableau 1
    N° Isolation Polymère Epaisseur (mm) Diamètre (mm)
    2 CI, rubanée superposée PTFE 0,42 3,0
    3 CI, rubanée bord à bord PTFE 0,42 3,0
    4 CI, extrudée PFA 0,42 3,0
    5 CI1, extrudée PFA 0,15 2,45
    CI2, extrudée PFA 1,62 5,70
    6 CSC1, rubanée PFA(1) 0,12 2,39
    CI, rubanée PFA 0,40 3,19
    CSC2, rubanée PFA(1) 0,12 3,43
    (1) Comprend des charges électriquement conductrices
  • L'épaisseur ei de la couche électriquement isolante 4 satisfait bien aux deux relations suivantes appliquée aux valeurs de l'exemple : 2 , 45 2 exp 10 10 × 2 , 45 2 − 1 ≤ ei ≤ 2 , 45 2 exp 3 × 10 10 × 2 , 45 2 − 1 = > 1 , 55 mm ≤ ei ≤ 13 , 00 mm
    Figure imgb0013
     ei ≥ 0 , 15 + 0 , 15
    Figure imgb0014
  • Les câbles des exemples 1 à 6 sont ensuite soumis à un test de décharges partielles selon la norme EN 3475-307 Méthode B. Lors de ce test la tension est augmentée par palier de 50V jusqu'à l'apparition de décharges et on note la tension d'apparition de décharges partielles (connu sous l'anglicisme « Partial Discharge Inception Voltage» ou PDIV). Ensuite la tension est diminuée jusqu'à disparitions de décharges partielles et on note la tension d'extinction de décharges partielles (connu sous l'anglicisme « Partial Discharge Extinction Voltage» ou PDEV).
  • Pour cela, 10 échantillons ont été préparés pour chaque exemple de câble 1 à 6 et l'expérience a été réalisée 10 fois sur chacun de ces câbles. Les résultats sont indiqués dans les tableaux 2 et 3 et sont illustrés respectivement sur les figures 4 et 5: Tableau 2
    PDIV U moy. (V) U min. (V) Umax. (V) Dev Std (V) CV (%)
    1 10000 10000 10000 0 0
    2 1680 1526 1830 66 3,9
    3 1687 1485 1901 96 5,7
    4 1778 1622 1919 72 4,1
    5 4221 3437 4670 267 6,3
    6 3659 3295 3943 141 3,9
    Tableau 3
    PDEV U moy. (V) U min. (V) Umax. (V) Dev Std (V) CV (%)
    1 10000 10000 10000 0 0
    2 1551 1410 1707 67 4,3
    3 1584 1372 1779 95 6,0
    4 1631 1427 1877 67 4,1
    5 4021 3305 4369 233 5,8
    6 3267 3007 3559 99 3,0
  • Ces résultats montrent que :
    • une couche électriquement isolante extrudée augmente la tension à laquelle les décharges partielles apparaissent (comparaison de l'exemple 4 avec les exemples 2 et 3) ;
    • augmenter l'épaisseur de l'isolation augmente la tension à laquelle les décharges partielles apparaissent (comparaison de l'exemple 5 avec l'exemple 4) ; et
    • une isolation tricouche extrudée augmente encore la tension à laquelle les décharges partielles apparaissent (comparaison de l'exemple 1 avec l'exemple 6).
  • Le câble 10 selon l'invention permet d'augmenter la tension à une valeur d'au moins 10 kV sans que des décharges partielles n'apparaissent.

Claims (14)

  1. Elément électriquement conducteur isolé limitant l'apparition de décharges partielles, caractérisé en ce qu'il comprend un élément électriquement conducteur allongé entouré d'un système d'isolation comportant au moins une couche électriquement isolante entourant l'élément électriquement conducteur allongé et au moins une première couche semi-conductrice entourant ladite couche électriquement isolante, ledit élément électriquement conducteur isolé étant caractérisé en ce que la couche électriquement isolante possède une épaisseur ei , la valeur de ladite épaisseur ei étant déterminée en fonction de la tension d'utilisation U de l'élément électriquement conducteur isolé et d'un diamètre intérieur d1 de la couche électriquement isolante.
  2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur ei de la couche isolante est déterminée en fonction d'un rapport entre la tension d'utilisation U et le diamètre d1.
  3. Elément selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la première couche semi-conductrice possède une épaisseur e1 et en ce que la valeur de l'épaisseur ei satisfait à la relation suivante : ei ≥ e 1
    Figure imgb0015
  4. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur minimale de l'épaisseur ei est déterminée en fonction d'un rapport R1 suivant : R 1 = U E max × d 1 2
    Figure imgb0016
    U étant exprimée en kilovolts (kV),
    Emax étant la valeur maximale du champ électrique pouvant être appliqué à la couche d'isolation et étant exprimée en kilovolts/mm, et
    le diamètre d1 étant exprimé en millimètres (mm).
  5. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur minimale de l'épaisseur ei est déterminée en fonction d'une expression E1 suivante: E 1 = exp U E max × d 1 2 − 1
    Figure imgb0017
  6. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur ei satisfait à la relation suivante: ei ≥ d 1 2 exp U E max × d 1 2 − 1
    Figure imgb0018
  7. Elément selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur maximale de l'épaisseur ei est déterminée en fonction d'un rapport R2 suivant: R 2 = 3 × U E max × d 1 2
    Figure imgb0019
  8. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisées en ce que la valeur maximale de l'épaisseur ei est déterminée en fonction d'une expression E2 suivante: E 2 = exp 3 × U E max × d 1 2 − 1
    Figure imgb0020
  9. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur ei satisfait à la relation suivante: ei ≥ d 1 2 exp 3 × U E max × d 1 2 − 1
    Figure imgb0021
  10. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une troisième couche, ladite troisième couche étant une deuxième couche semi-conductrice entourant l'élément électriquement conducteur allongé et étant placée entre l'élément électriquement conducteur allongé et la couche électriquement isolante.
  11. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche électriquement isolante, la première couche semi-conductrice et/ou la deuxième couche semi-conductrice comprend au moins un polymère fluoré.
  12. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche électriquement isolante, la première couche semi-conductrice et la deuxième couche semi-conductrice comprennent au moins un polymère fluoré.
  13. Elément selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le polymère fluoré peut être choisi parmi le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ; les copolymères d'éthylène et de propylène fluorés (FEP) comme par exemple les poly(tétrafluoroéthylène-co-hexafluoropropylène) ; les copolymères perfluoroalkoxy (PFA) comme par exemple les copolymères perfluoro(alkylvinyléther)/tétrafluoroéthylène ; les copolymères perfluoro méthoxy (MFA) ; et les poly(éthylène-co-tétrafluoroéthylène) (ETFE) ; ou un de leurs mélanges.
  14. Câble électriquement conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément électriquement conducteur isolé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
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