FR2725555A1 - POWER CABLE - Google Patents
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Abstract
Câble comprenant au moins, coaxialement, un conducteur central (1), un isolant (3), un écran métallique (5) revêtu d'une matière plastique sur sa face tournée vers l'âme, et une gaine de protection (6). En outre, ladite matière plastique est telle que ledit écran métallique (5) soit intimement collé à la matière sous-jacente de l'isolant (3) ou de toute autre couche additionnelle (4) intimement liée à l'isolant. Cette matière plastique peut être semi-conductrice et alvéolaire, présentant des cellules fermées.Cable comprising at least, coaxially, a central conductor (1), an insulator (3), a metal screen (5) coated with a plastic material on its face facing the core, and a protective sheath (6). In addition, said plastic material is such that said metallic screen (5) is intimately bonded to the underlying material of the insulation (3) or any other additional layer (4) intimately linked to the insulation. This plastic material can be semi-conductive and cellular, having closed cells.
Description
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CABLE DE PUISSANCEPOWER CABLE
La présente invention concerne un câble de puissance et notamment un cable pour moyennes et hautes tensions, pour The present invention relates to a power cable and in particular a cable for medium and high voltages, for
applications terrestres ou sous-marines. terrestrial or underwater applications.
Les caâbles de ce type, à un conducteur, comprennent Cables of this type, to a driver, include
coaxialement, le conducteur central, un écran semi- coaxially, the center conductor, a semi-
conducteur interne (optionnel), l'isolant, un écran semi- internal conductor (optional), insulation, a semi-
conducteur externe (optionnel) et une gaine de protection. external conductor (optional) and a protective sheath.
On y ajoute un écran métallique, entre l'écran semi- A metal screen is added between the semi-screen
conducteur externe et la gaine, qui possède au moins deux rôles: un rôle d'écran électrique (acheminement de courants de fuite ou de surcharge et mise à la masse) et un rôle d'écran imperméable contre l'humidité. Dans son rôle de mise à la masse, l'écran métallique doit être en contact External conductor and sheath, which has at least two roles: a role of electric screen (routing of leakage or overload currents and grounding) and a role of waterproof screen against moisture. In its role of grounding, the metal screen must be in contact
électrique avec l'écran semi-conducteur sous-jacent. electrical with the underlying semiconductor display.
On trouvera dans l'article "New developments in medium and high voltage cable with laminate sheaths as moisture barriers", de K.E. Bow, publié dans le numéro de septembre/octobre 1993 du IEEE Electrical Insulation Magasine, Vol.5, n 5, une vue d'ensemble des techniques KE Bow, published in the September / October 1993 issue of IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol.5, No. 5, will be found in the article "New developments in medium and high voltage cables with laminate sheaths as moisture barriers". overview of techniques
connues en ce domaine.known in this field.
Le document "Semiconductive plastic coated metallic The document "Semiconductive plastic coated metallic
shielding and armoring materials for power cables", de K.E. shielding and armoring materials for power cables ", K.E.
Bow et al, publié dans des actes de la conférence JICABLE Bow et al, published in proceedings of the JICABLE conference
81, traite du même sujet.81, deals with the same subject.
Ces documents illustrent clairement l'emploi d'un écran métallique sous la forme d'une feuille d'aluminium ou de cuivre d'une épaisseur suffisante (> 0,1 mm) roulée et collée, ou soudée, pour les câbles à haute tension, adhérant à la gaine. Les résultats obtenus sont favorables en termes d'efficacité contre l'humidité. L'adhésion à la gaine est obtenu par un revêtement préalable de la feuille métallique par une matière plastique apte à s'unir avec celle de la gaine lorsque qu'elle est extrudée par-dessus l'écran These documents clearly illustrate the use of a metal screen in the form of a sheet of aluminum or copper of sufficient thickness (> 0.1 mm) rolled and glued, or welded, for high-voltage cables , adhering to the sheath. The results obtained are favorable in terms of effectiveness against humidity. The adhesion to the sheath is obtained by a prior coating of the metal foil with a plastic material capable of joining with that of the sheath when it is extruded over the screen
métallique. Cette matière plastique peut être semi- metallic. This plastic material may be semi
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conductrice lorsque la gaine l'est elle-même, afin d'établir conductor when the sheath is itself, in order to establish
une mise à la masse généralisée de l'enveloppe du câble. generalized grounding of the cable casing.
L'écran métallique peut également recevoir un revêtement plastique sur sa face tournée vers l'âme du câble. Ce revêtement sera généralement semi-conducteur. Les fonctions de ce revêtement sont alors de contrôler le champ électrique, d'assurer un contact électrique avec un écran semi-conducteur externe et de protéger la surface de l'écran The metal screen may also receive a plastic coating on its face facing the cable core. This coating will generally be semiconductor. The functions of this coating are then to control the electric field, to make an electrical contact with an external semiconductor screen and to protect the surface of the screen
métallique, en cas d'entrée d'humidité. metal, in case of moisture entry.
Par ailleurs, il est mentionné dans ces documents que les effets de dilation thermique différentielle, pouvant entraîner des dommages à l'écran métallique, devaient faire l'objet de mesures palliatives, mesures prenant généralement la forme de l'emploi d'une garniture intermédiaire entre l'isolant du câble, ou un éventuel écran semi- conducteur, et Furthermore, it is mentioned in these documents that the effects of differential thermal expansion, which may lead to damage to the metal screen, should be the subject of palliative measures, measures generally taking the form of the use of an intermediate lining. between the cable insulation, or a possible semiconductor screen, and
l'écran métallique. Cette garniture est en - ou comprend - the metal screen. This pad is - or includes -
un matériau gonflant à l'humidité, pour s'opposer à la a material swelling with moisture, to oppose the
progression de l'humidité dans le câble en cas d'accident. progression of moisture in the cable in the event of an accident.
En outre, elle est le plus souvent semi-conductrice pour In addition, it is most often semi-conductor for
assurer l'évacuation des charges électriques. ensure the evacuation of electrical charges.
La présente invention concerne un câble dans lequel on se dispense d'une telle garniture intermédiaire, ce qui procure une économie de matériau importante, mais aussi une The present invention relates to a cable in which it is dispensed with such an intermediate lining, which provides a significant saving of material, but also a
réduction de poids et d'encombrement du câble. reduction of weight and bulk of the cable.
Le câble de l'invention comprend donc au moins, coaxialement, un conducteur central, un isolant, un écran métallique revêtu d'une matière plastique sur sa face tournée vers l'âme, et une gaine de protection. Il se caractérise additionnement en ce que ladite matière plastique est telle que ledit écran métallique soit intimement collé à la matière sous-jacente de l'isolant ou de tout autre couche additionnelle intimement liée à l'isolant. L'étanchéité longitudinale sous l'écran découle alors The cable of the invention therefore comprises at least, coaxially, a central conductor, an insulator, a metal screen coated with a plastic material on its face facing the core, and a protective sheath. It is characterized additionally in that said plastic material is such that said metal screen is intimately bonded to the underlying material of the insulation or any other additional layer intimately bonded to the insulation. The longitudinal seal under the screen then flows
de la construction.construction.
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Ladite matière plastique pourra être également semi- Said plastic material may also be semi-
conductrice, en particulier lorsque ladite matière sous- conductor, in particular when said sub-material
jacente comprendra un écran semi-conducteur. underlying will include a semiconductor display.
En outre, ladite matière pourra être alvéolaire, à cellules fermées, de façon à présenter un coefficient de pression hydrostatique réduit tout en s'opposant à la In addition, said material may be alveolar, with closed cells, so as to have a reduced hydrostatic pressure coefficient while opposing the
progression longitudinale de l'humidité. longitudinal progression of moisture.
L'écran métallique pourra être en cuivre, en aluminium ou en plomb. Il sera avantageusement fait d'un matériau fourni en feuille et rubané ou posé en long et roulé sur le cable. L'étanchéité radiale sera assuré de préférence par soudage des bords de la feuille l'un à l'autre. Selon un mode de réalisation particulièrement intéressant, ce soudage sera réalisé au laser. Un laser C02 peut être ainsi avantageusement utilisé pour souder l'un sur l'autre, en continu et à raison de plusieurs mètres à la minute, les The metal screen may be copper, aluminum or lead. It will advantageously be made of a material supplied in sheet and ribboned or laid lengthwise and rolled on the cable. The radial seal will preferably be provided by welding the edges of the sheet to one another. According to a particularly interesting embodiment, this welding will be performed by laser. A CO2 laser can thus be advantageously used to weld one to the other, continuously and at a rate of several meters per minute, the
bords d'une feuille d'aluminium de 0,2 à i mm. edges of an aluminum foil 0.2 to 1 mm.
En supprimant la garniture supplémentaire et en employant un écran métallique qui peut être relativement mince, du fait que les contraintes résultant de la dilation thermique différentielle sont réparties entre tous les matériaux recouvrant l'isolant grâce à la présence de ladite matière plastique collant intimement l'écran métallique à la surface sous-jacente, on obtient tout à la fois une réduction de diamètre du câble, une réduction de son poids By removing the additional liner and employing a relatively thin metal shield, since the stresses resulting from the differential thermal expansion are distributed among all the materials covering the insulation by virtue of the presence of said intimately sticking plastic material. metal screen on the underlying surface, at the same time a reduction in the diameter of the cable, a reduction in its weight
et finalement une réduction du prix du câble. and finally a reduction in the price of the cable.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant exposés de façon plus The different objects and features of the invention will now be exposed more
détaillée dans la description qui va suivre d'exemple de detailed in the following description of example of
mise en oeuvre de l'invention, fournis à titre d'exemples non limitatifs, faite en se référant aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, la structure d'un câble conforme à un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 2, la structure d'un câble conforme à un implementation of the invention, provided by way of nonlimiting examples, with reference to the appended figures which represent: FIG. 1, the structure of a cable according to a first example of implementation of FIG. invention, - Figure 2, the structure of a cable according to a
deuxième exemple de mise en oeuvre de l'invention. second example of implementation of the invention.
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Dans les deux figures on a représenté l'extrémité d'un cable dont sont progressivement retirés les différents éléments, afin de les faire apparaître un à un. Les éléments correspondants de ces deux exemples de mise en oeuvre de In both figures is shown the end of a cable which are gradually removed the different elements, to make them appear one by one. The corresponding elements of these two examples of implementation of
l'invention portent les mêmes références. the invention have the same references.
C'est ainsi que les deux cables comprennent un conducteur central 1, un écran semi-conducteur interne 2, un isolant 3, un écran semi-conducteur externe 4, un écran Thus, the two cables comprise a central conductor 1, an internal semiconductor screen 2, an insulator 3, an external semiconductor screen 4, a screen
métallique 5 et une gaine 6. Les deux écrans semi- 5 and a sheath 6. The two semi-screens
conducteurs sont facultatifs. Ils peuvent individuellement être omis dans certaines applications. La nature et le rôle de chacun des éléments constitutifs de ces deux câbles sont bien établis dans la technique qui fait l'objet d'une abondante littérature. On renverra en particulier aux deux publications mentionnées au début de ce texte. Il n'est donc drivers are optional. They can be omitted individually in some applications. The nature and the role of each of the constituent elements of these two cables are well established in the technique which is the subject of an abundant literature. In particular, reference will be made to the two publications mentioned at the beginning of this text. It is therefore not
pas nécessaire de les décrire plus avant. no need to describe them further.
L'écran semi-conducteur externe 4, lorsqu'il existe, doit être intimement lié à l'isolant 3. La technique connue indique que l'on peut obtenir simplement ce résultat par l'extrusion sur l'isolant du même matériau que celui de l'isolant, convenablement chargé pour qu'il ait les qualités The external semiconductor screen 4, when it exists, must be intimately linked to the insulator 3. The known technique indicates that this result can simply be obtained by extrusion on the insulator of the same material as that insulation, suitably charged so that it has the qualities
semi-conductrices requises.semiconductors required.
Dans l'exemple de la figure 1, l'écran métallique 5 In the example of FIG. 1, the metal screen 5
est une feuille de cuivre 7 enroulée en spirale, c'est-à- is a copper foil 7 wound spirally, that is,
dire rubanée, à la surface de l'écran semi-conducteur 4, de manière que les spires formées soient jointives. L'écran métallique 4 forme ainsi un tube continu. La continuité électrique axiale et l'étanchéité hygrométrique sont obtenues par soudage du joint entre -les spires. La technique said banded, on the surface of the semiconductor screen 4, so that the turns formed are contiguous. The metal screen 4 thus forms a continuous tube. Axial electrical continuity and hygrometric sealing are obtained by welding the joint between the turns. The technique
classique fournit différentes méthodes de soudage. Classic provides different welding methods.
Dans l'exemple de la figure 2, l'écran métallique 5 est une feuille d'aluminium 8 roulée de manière que ses bords se chevauchent axialement en 9. L'étanchéité électrique et hygrométrique est là encore obtenue par soudage du joint à chevauchement. De préférence, le soudage est réalisé à l'aide d'un laser à CO2 dont le faisceau est In the example of Figure 2, the metal screen 5 is an aluminum foil 8 rolled so that its edges overlap axially 9. The electrical and hygrometric sealing is again obtained by welding the overlap joint. Preferably, the welding is carried out using a CO2 laser whose beam is
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focalisé & quelques dixièmes de millimètres au-dessus du joint. Un laser de 1000 W peut ainsi souder l'un sur l'autre les deux bords d'une feuille d'aluminium de 0,3 mm focused & a few tenths of a millimeter above the joint. A laser of 1000 W can thus weld one on the other the two edges of a sheet of aluminum of 0.3 mm
d'épaisseur, à raison 10 m à la minute. thick, at a rate of 10 m per minute.
On comprendra aisément, bien que cela ne soit pas illustré par une figure, qu'un cable possédant un écran métallique en plomb serait similaire à ceux des figures i ou 2. L'isolant étant un PRC (polyéthylene réticulé chimiquement), l'écran métallique de la figure 1 et celui de la figure 2 sont revêtus, sur leur face tournée vers le conducteur central, selon l'invention, d'une matière plastique telle que les produits suivants: OREVAC 18302 ou OREVAC 18305 de la firme Dupont de Nemours, It will be readily understood, although not illustrated by a figure, that a cable having a lead metal screen would be similar to those of FIGS. 1 or 2. The insulation being a PRC (polyethylene crosslinked chemically), the screen 1 of the metal and that of Figure 2 are coated on their face facing the central conductor, according to the invention, a plastic such as the following products: OREVAC 18302 or OREVAC 18305 from the firm Dupont de Nemours ,
- LOTADER AX8840/3200 de la firme ATOCHEM. - LOTADER AX8840 / 3200 from ATOCHEM.
Cette matière peut être chargée de noir de carbone et/ou de billes alvéolaires pour lui donner des propriétés This material can be loaded with carbon black and / or alveolar beads to give it properties
de semi-conductibilité et/ou de compressibilité recherchées. of semiconductivity and / or compressibility sought.
Des mesures effectuées conformément à l'annexe C de la norme NFC 33-223 indique que l'on obtient couramment une force de pelage d'au moins 20 N/15 mm, ce qui garantit le résultat cherché d'une répartition des contraintes entre Measurements made in accordance with Annex C of NFC 33-223 indicate that a peel force of at least 20 N / 15 mm is commonly obtained, thus ensuring the desired result of a stress distribution between
l'isolant du cable et les éléments qui le recouvrent. the insulation of the cable and the elements that cover it.
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