FR2513428A1 - Cable electrique a isolement mineral, et procede et appareil de fabrication d'un tel cable - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LES CABLES ELECTRIQUES A ISOLANT MINERAL. ELLE SE RAPPORTE A UN CABLE ELECTRIQUE A ISOLANT MINERAL, PLUS PRECISEMENT DONT L'ISOLANT EST FORME DE POUDRE D'OXYDE DE MAGNESIUM. SELON L'INVENTION, UNE QUANTITE DE L'ORDRE DE 1 EN POIDS D'UN METHYLPOLYSILOXANE EST AJOUTEE DE MANIERE QUE LES PROPRIETES HYDROPHOBES DE CETTE SUBSTANCE EMPECHENT LA PENETRATION D'HUMIDITE DANS LA POUDRE DE REMPLISSAGE DANS LE CABLE TERMINE. DE CETTE MANIERE, LE CABLE PEUT ETRE STOCKE SANS DISPOSITIF PROTECTEUR AUX EXTREMITES. APPLICATION AUX CABLES ELECTRIQUES A ISOLANT MINERAL.
Description
La présente invention concerne les câbles électriques à isolant minéral, c'est-à-dire ceux qui comportent un ou plusieurs fils conducteurs entourés d'une gaine métallique tubulaire, habituellement de cuivre, et isolés par rapport à la gaine par un remplissage formé d'une matière isolante en poudre bien tassée.
L'expression "câble électrique à isolant minéral" désigne, en plus des câbles destinés à conduire le courant diélectrique, d'emploi universel, des câbles ayant la construction indiquée et utilisés dans d'autres applications telles que pour le chauffage ou dans les thermocouples. r,'inven- tion concerne aussi la fabrication de ces câbles
La matière isolante en poudre qui est couramment utilisée est l'oxyde de magnésium, fondu ou calciné ou sous forme de magnésie lavéeà l'eau de mer, et, bien que l'oxyde de magnésium ait une résistance élevée au percement lorsqu'il est sec, la présence d'une quantité même faible d'humidité peut la réduire notablement.
La matière isolante en poudre qui est couramment utilisée est l'oxyde de magnésium, fondu ou calciné ou sous forme de magnésie lavéeà l'eau de mer, et, bien que l'oxyde de magnésium ait une résistance élevée au percement lorsqu'il est sec, la présence d'une quantité même faible d'humidité peut la réduire notablement.
En conséquence, la pénétration d'humidité pose un problème essentiel, surtout dans le cas de câbles à haute tension, et il est donc recommandé que, lors du stockage, les extrémités des tronçons de câble reçoivent des joints temporaires empêchant la pénétration d'humidité. Néanmoins, avant formation d'une terminaison d'un tronçon de câble stocké qui doit être utilisé, il faut obligatoirement couper une longueur appréciable,pouvant atteindre parfois 50 cm, aux extrémités du câble afin que la poudre humide qui pourrait affecter les propriétés d'isolement du câble, soit certainement retirée.
I1 s'agit manifestement d'un gaspillage. En outre, la terminaison formée doit être bien étanche afin d'empêcher, lors de l'utilisation, toute pénétration ultérieure d'humidité.
L'invention concerne un câble électrique à isolant minéral qui, dans la matière isolante en poudre, contient une matière hydrophobe en poudre qui y est dispersée en quantité suffisante afin que la pénétration d'humidité soit réduite.
La matière hydrophobe doit évidemment posséder des propriétés d'isolement électrique telles qu'elle nait pas d'effet nuisible sur le remplissage de poudre sèche.
On constate qu'un méthylpolysiloxane en poudre est une matière hydrophobe très efficace convenant à cet effet, la quantité introduite étant de préférence comprise entre 0,1 et 5,0 % du poids de la matière isolante en poudre. Ainsi, un câble ayant un remplissage formé d'oxyde de magnésium en poudre contenant 1 % en poids seulement de méthylpolysiloxane ne présente aucune pénétration notable d'humidité, même après de nombreuses semaines de stockage, sans que des joints étanches séparés d'extrémité soient nécessaires.
Un câble selon l'invention peut donc être conservé sans joint temporaire d'extrémité et, lorsqu'il doit être utilisé, il n'est pas nécessaire que l'extrémité soit recoupée autrement que de la quantité nécessaire à la formation matérielle des terminaisons voulues, car aucune poudre humide ne doit être retirée.
En outre, non seulement l'incorporation de méthylpolysiloxane dans le remplissage n'a pas d'effet nuisible sur les propriétés d'isolement électrique du remplissage, mais encore on constate qu'elle améliore la résistance au percement du remplissage notamment- aux tensions élevées, sans doute à cause de l'exclusion de l'humidité libre sur toute la longueur du câble.
La poudre de méthylpolysiloxane a de préférence une dimension granulométrique comprise entre 20 et 200 microns, essentiellement entre 30 et 70 microns.
Lorsqu'un méthylpolysiloxane est incorporé à la matière de remplissage, on doit prendre des précautions afin que la température de cette matière ne dépasse pas 65"C lorsqu'elle est introduite dans la gaine, car elle -devient collante ou liquide aux températures plus élevées et l'opération de remplissage peut alors être rendue difficile.
Lorsque la gaine est formée de façon continue à partir d'une bande d'un métal ductile, par pliage de la bande sous forme tubulaire et soudure des bords, avec introduction simultanée de la matière de remplissage et du ou des fils conducteurs dans le tube ainsi formé par la gaine, il faut qu'un dispositif refroidisse ce tube de la gaine juste après la soudure afin qu'une quantité excessive de chaleur ne soit pas transmise de la gaine à la matière de remplissage lorsque celle-ci est introduite dans le tube. Après l'introduction du ou des conducteurs et de la matière de remplissage, le diamètre du tube formant la gaine est habituellement réduit par passage dans une série de filières ou de rouleaux de rétreinte et dans des fours de recuit, de manière connue.
Le remplissage de poudre est avantageusement introduit dans la gaine par un tube de distribution ayant une sortie placée en aval de la soudure et, dans ce cas, un dispositif peut aussi être utilisé afin qu'il refroidisse le tube de distribution, surtout dans la région de la soudure, et aussi éventuellement le ou les fils conducteurs avant introduction de ceux-ci dans le tube formant la gaine.
Un tube de guidage du ou des fils conducteurs est avantageusement placé près du trajet des bords coopérants de la bande métallique repliée et, à. l'emplacement de la soudure, le tube de guidage a une ouverture afin qu'une partie de la chaleur de la soudure soit transmise au conducteur et entraînée à partir du tube de distribution de poudre par le conducteur mobile.
Cependant, l'utilisation de méthylpolysiloxane présente l'avantage imprévu que, pendant les opérations ultérieures de rétreinte et de recuit, sa transformation en un liquide par chauffage lui fait jouer le rôle d'un lubrifiant si bien que l'abrasion du ou des fils conducteurs et de la surface interne de la gaine est notablement réduite.
En conséquence, la forte adhérence de la poudre de remplissage aux fils conducteurs, couramment observée dans le cas des câbles électriques.à isolant minéral fabriqués jusqu'à présent, est pratiquement évitée, et la poudre libre à la surface du ou des fils et à la face interne de la gaine peut être retirée sans difficulté lors de la formation d'une terminaison.
Cependant, on peut aussi utiliser, comme additif à la poudre de remplissage d'un câble électrique à isolant minéral selon l'invention, d'autres aryl- ou alkylpolysiloxanes ou des mélanges de telles substances ou toute outre matière isolante de l'électricité,et hydrophobe convenable.
D'autres caractéristiques et avantages d'un câble électrique à isolant minéral et de son procédé de fabrication ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel
la figure 1 est une coupe transversale d'un câble;
la figure 2 est une coupe schématique d'une partie d'un exemple d'appareil utilisé pour la fabrication du câble;et
les figures 3 et 4 représentent respectivement en élévation, avec des parties arrachées, et en coupe en plan, une partie de l'appareil de la figure 2.
la figure 1 est une coupe transversale d'un câble;
la figure 2 est une coupe schématique d'une partie d'un exemple d'appareil utilisé pour la fabrication du câble;et
les figures 3 et 4 représentent respectivement en élévation, avec des parties arrachées, et en coupe en plan, une partie de l'appareil de la figure 2.
Le câble représenté sur la figure 1 comporte une gaine externe 1 formée d'une bande de cuivre repliée sous forme tubulaire et soudée à l'arc sous argon protecteur le long des bords en butée. La gaine contient plusieurs fils conducteurs 2 (deux dans le cas considéré) séparés l'un de l'autre et de la gaine 1 par de oxyde de magnésium 3 en poudre qui est tassé autour des conducteurs, après introduction de la poudre et des conducteurs dans lagaine formée, à la suite d'une série d'opérations de réduction ou de rétreinte, chaque opération étant suivie d'une opération de recuit et de trempe, de manière connue. Selon l'invention, la poudre d'oxyde de magnésium contient, en dispersion, environ 1 %- en poids d'une poudre de méthylpolysiloxane dont la dimension granulométrique est comprise entre 30 et 70 microns.
On constate que le méthylpolysiloxane, même présent dans une si faible proportion, donne au remplissage des propriétés hydrophobes si bien qu'il résiste à la pénétration d'humidité et empêche toute détérioration notable des propriétés isolantes du remplissage à proximité des extrémités coupées du câble, pendant de longues périodes sans qu'il faille utiliser des joints supplémentaires d'extrémité, soit pendant le stockage, soit lors de la formation des terminaisons, ultérieurement.
En conséquence, lors de la formation d'une terminaison, il n'est pas nécessaire que l'extrémité du câble soit dé coupée plus que l'impose la formation matérielle de la terminaison.
Le câble peut être fabriqué par un procédé analogue à celui qui est décrit dans la demande de brevet britannique n" 80.03 466 et dans un appareil tel que représenté en partie sur les figures 2 à 4.
Dans un tel procédé, la gaine 1 du câble est formée de manière continue à partir d'une bande de cuivre la qui est soigneusement dégraissée, à l'aide d'une machine de mise en forme de tube (non représentée) qui replie la bande qui avance vers le bas sous forme tubulaire, et d'une tête 4 de soudage à l'arc sous argon protecteur qui soude les bords en butée de la bande. Le tube 1 qui forme la gaine avance verticalement vers le bas, vers une machine de rétreinte qui réduit le diamètre du tube et tasse la poudre 3 de remplissage autour des fils conducteurs 2. Le tube réduit est alors transmis à un four de recuit et dans une cuve de trempe à l'eau dans laqueliele câble change de direction suivant une chaînette si bien qu'il continue à se déplacer horizontalement dans d'autres machines de rétreinte, d'autres fours de recuit et d'autres cuves de trempe.Les machines de rétreinte et l'appareillage associé n'ont pas été représentés sur les figures, par raison de simplicité.
Les fils conducteurs 2 qui sont aussi soigneusement dégraissés, sont transmis de façon continue dans le tube 1 lorsqu'il est formé par passage entre deux tubes de guidage 5, 6 positionnés rigidement aux emplacements voulus à l'intétérieur d'un tube 7 de distribution de poudre par lequel la poudre de remplissage, formée de l'oxyde de magnésium et de l'adjuvant de méthylpolysiloxane dispersé à l'intérieur, pénètre dans le tube 1. Le remplissage de poudre est introduit dans le tube 7 par une trémie 8 qui est maintenue pleine par un transporteur vibrant qui est lui-même alimenté par un réservoir de poudre,
L'extrémité inférieure du tube 7 de distribution et des tubes 5, 6 de guidage se termine au-dessous de la position de soudage afin que la poudre de remplissage soit intro duite dans le tube-formé et déjà soudé et ne puisse pas contaminer la soudure.Une enveloppe 9 entoure la gaine 1, juste au-dessous de l'emplacement de soudage et au-dessus de l'extrémité inférieure du tube 7, et un fluide de re froidissement, de l'eau par exemple, y circule afin que la quantité de chaleur transmise au remplissage de poudre par la gaine soit réduite. En outre, la paroi du tube 7 de distribution, près de l'emplacement de soudage, a une fente 10 à l'emplacement adjacent au tube 5 de guidage. Les fentes 10 et 11 des tubes 7 et 5 respectivement sont alignées et les bords placés autour sont soudés et empêchent la sortie du remplissage de poudre à cet emplacement.Le premier des fils conducteurs 2 qui se trouvent dans le tube 5 est ainsi exposé à la soudure et joue donc le rôle d'un radiateur qui entraîne la chaleur de la région de soudage, comme décrit plus en détail dans la demande précitée de brevet britannique n" 80.03 466.
L'extrémité inférieure du tube 7 de distribution et des tubes 5, 6 de guidage se termine au-dessous de la position de soudage afin que la poudre de remplissage soit intro duite dans le tube-formé et déjà soudé et ne puisse pas contaminer la soudure.Une enveloppe 9 entoure la gaine 1, juste au-dessous de l'emplacement de soudage et au-dessus de l'extrémité inférieure du tube 7, et un fluide de re froidissement, de l'eau par exemple, y circule afin que la quantité de chaleur transmise au remplissage de poudre par la gaine soit réduite. En outre, la paroi du tube 7 de distribution, près de l'emplacement de soudage, a une fente 10 à l'emplacement adjacent au tube 5 de guidage. Les fentes 10 et 11 des tubes 7 et 5 respectivement sont alignées et les bords placés autour sont soudés et empêchent la sortie du remplissage de poudre à cet emplacement.Le premier des fils conducteurs 2 qui se trouvent dans le tube 5 est ainsi exposé à la soudure et joue donc le rôle d'un radiateur qui entraîne la chaleur de la région de soudage, comme décrit plus en détail dans la demande précitée de brevet britannique n" 80.03 466.
Le refroidissement est nécessaire lors de la formation d'un câble par le procédé décrit car il est essentiel que la température du remplissage de- poudre reste inférieure à 65"C jusqu'à la sortie du tube 7 de distribution, car, audessus de cette température, le méthylpolysiloxane devient collant et se liquéfie finalement lorsque sa température augmente, ce comportement pouvant perturber la distribution de la poudre et pouvant même boucher complètement la sortie du tube de distribution.
Pour cette raison, la poudre de remplissage est de préférence maintenue àunefaible température convenable par exemple inférieure à 50 OC, avant introduction dans le tube 7 de distribution et, en outre, les fils conducteurs 2 sont aussi refroidis, par exemple par de l'argon à basse température, avant introduction dans les tubes de guidage correspondants 5, 6. Le tube 7 de distribution peut le cas échéant comporter des doubles parois espacées 12, 13 comme représenté, l'espace qui les sépare étant lui-même divisé par des cloisons longitudinales 14 en deux trajets 15, 16 de circulation communiquant à l'extrémité inférieure du tube 7.Lors du fonc tionnement, un fluide de refroidissement qui peut être de l'eau, du "Freon" ou éventuellement de l'argon, à une température faible convenable, descend suivant l'un des trajets tel que 15 et remonte par l'autre tel que 16.
Après distribution dans le tube 7 formant la gaine, le chauffage de la poudre de remplissage ne pose plus de problème et on constate en fait que la liquéfaction du méthylpolysiloxane pendant les opérations ultérieures de rétreinte et de recuit a un effet avantageux plutôt que nuisible. Le méthylpolysiloxane liquide qui revient àl'étatsolide lorsqu'il est refroidi à moins de 65"C, joue probablement le rôle d'un lubrifiant qui empêche l'abrasion des surfaces des fils conducteurs 2 et de la surface interne du tube 1 formant la gaine pendant les opérations de rétreinte, comme l'indique l'inspection d'un câble terminé dont ces surfaces restent lisses, l'adhérence de la poudre à ces surfaces observée habituellement dans le cas des câbles électriques à isolant minéral formés par les opérations classiques, est pratiquement absente si bien que la formation des terminaisons ultérieures est facilitée.
Claims (8)
1. Câble électrique à isolant minéral, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un fil conducteur de l'élec- tricité (2) entouré par une gaine métallique tubulaire 11) et isolé par rapport à la gaine par un remplissage d'une matière isolante en poudre tassée et ayant, en dispersion dans la matière isolante en poudre une matière hydrophobe en poudre en quantité suffisante pour que la pénétration d'humidité soit réduite.
2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière hydrophobe est un méthylpolysiloxane en poudre.
3. Câble selonlarevendication 2, caractérisé en ce que la matière isolante en poudre est l'oxyde de magnésium en poudre dans lequel 0,1 à 5,0 % en poids d'une poudre de méthylsiloxane sont disperses.
4. Câble selon la revendication 3, caractérisé en ce que la poudre de méthylpolysiloxane a une dimension granulométrique comprise entre 20 et 200 microns, et comprise essentiellement entre 30 et 70 microns.
5. Procédé de fabrication d'un câble électrique à isolant minéral selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la formation continue d'une gaine (1) à partir d'une bande d'un métal ductile (la) par pliage de la bande sous forme tubulaire et soudage de ses bords, avec simultanément introduction d'un ou plusieurs fils conducteurs (2) et d'un remplissage (3) d'une poudre d'oxyde de magnésium contenant, en dispersion, une poudre de méthylpolysiloxane, à l'intérieur de la gaine ainsi formée, le remplissage (3) en poudre étant introduit dans le tube de la gaine (1) par un tube de distribution (7) dont la sortie se trouve en aval de la soudure, et le tube de distribution (7) et le tube de la gaine (1) sont refroidis dans la région de la soudure et dans la région placée juste après la soudure respectivement afin que la matière en poudre de remplissage placée dans le tube de distribution soit maintenue à une températUge inférieure ou égale à 650C.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend le guidage du fil conducteur ou de l'un des fils conducteurs (2) dans un tube de guidage (5, 6) placé à proximité du trajet des bords de la bande métallique repliée, et, à l'emplacement de soudage, le tube de guidage a uneuverture de manière qu'une partie de la chaleur de soudage soit transmise au conducteur et entraînée par le conducteur mobile à distance du tube de distribution de poudre.
7. Appareil de fabrication d'un câble électrique à isolant minéral selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'avance continue d'une bande (la) d'un métal ductile, suivant sa longueur, un dispositif destiné à la plier sous forme tubulaire, et un dispositif (4) de soudage des bords afin qu'ils forment une gaine, un dispositif d'introduction continue d'un ou plusieurs fils conducteurs (2) dans la gaine formée (1), et un tube de distribution (7) ayant une sortie qui se trouve en aval de l'emplacement de soudage et permettant l'introduction de la poudre de remplissage (3) dans la gaine formée, l'appareil comprenant aussi un dispositif (9) de refroidissement de la gaine placé entre l'emplacement de soudage et la sortie du tube de distribution.
8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un tube de guidage (5, 6) d'un fil conducteur (2) placé près du trajet des bords de la bande métallique-repliée et le tube de guidage comporte, à l'emplacement de soudage, une ouverture telle qu'une partie de la chaleur de soudage est transmise au conducteur (2) et est entraînée à distance du tube (7) de distribution de poudre par le conducteur mobile.
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