FR2950728A1

FR2950728A1 - Cable electrique a moyenne ou haute tension

Info

Publication number: FR2950728A1
Application number: FR0956773A
Authority: FR
Inventors: Christian Koelblin
Original assignee: Nexans SA
Current assignee: Nexans SA
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-01
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: EP2483894A1; FR2950728B1; EP2483894B1; US20120227997A1; ES2455545T3; WO2011039474A1

Abstract

La présente invention concerne un câble électrique (1) comprenant un conducteur électrique (2), une première couche semi-conductrice (3) entourant le conducteur électrique (2), une couche électriquement isolante (4), obtenue à partir d'une composition électriquement isolante, entourant la première couche semi-conductrice (3), et une deuxième couche semi-conductrice (5) entourant la couche électriquement isolante (4), caractérisé en ce qu'au moins une des couches semi-conductrices (3,5) est obtenue à partir d'une composition semi-conductrice comprenant un homopolymère d'éthylène, un copolymère d'éthylène non polaire, et une charge semi-conductrice en quantité suffisante pour rendre la composition semi-conductrice.

Description

1 Câble électrique à moyenne ou haute tension La présente invention se rapporte à un câble électrique présentant une résistance améliorée au vieillissement en milieu humide sous tension 5 électrique. Elle s'applique typiquement, mais non exclusivement, aux domaines des câbles d'énergie à moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV) ou à haute tension (notamment supérieur à 60 kV, et pouvant aller jusqu'à 500-600 kV), qu'ils soient à courant continu ou alternatif. 10 Les câbles d'énergie moyenne et haute tension peuvent être en contact avec l'humidité environnante pendant leur durée de vie. La présence de l'humidité combinée à la présence d'un champ électrique ainsi que d'un matériau polymère favorisent la dégradation progressive des propriétés isolantes du câble. 15 Ce mécanisme de dégradation, bien connu sous les termes « croissance d'arborescences d'eau », peut ainsi mener au claquage du câble concerné et constitue donc une menace considérable pour la fiabilité du réseau de transport d'énergie avec des conséquences économiques bien connues engendrées par les défaillances de courant. 20 Le document EP-1 148 518 décrit un câble d'énergie moyenne tension comportant une première couche semi-conductrice recouverte par une couche électriquement isolante, et une deuxième couche semi-conductrice recouvrant la couche électriquement isolante, formant ainsi une isolation tricouche. La couche électriquement isolante, extrudée et réticulée, est obtenue à partir 25 d'une composition électriquement isolante comprenant un homopolymère d'éthylène basse densité (80 parties en poids) et un copolymère d'éthylène polaire (20 parties en poids) en tant que composé retardant les arborescences d'eau (ou composé WTR pour l'anglicisme « Water Tree Retardant »). Ce copolymère d'éthylène polaire est du type copolymère d'éthylène et d'acétate 30 de vinyle (EVA), copolymère d'éthylène et de butyle acrylate (EBA), copolymère d'éthylène et d'éthyle acrylate (EEA), ou copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle (EMA). Toutefois, même si cette composition permet de réduire les arborescences d'eau pour les couches électriquement isolantes, elle ne constitue qu'une partie de l'isolation tricouche dont tous les composants ont une influence importante sur la naissance et la croissance des arborescences d'eau. Les recherches entreprises dans le passé ont mené à de nombreuses compositions électriquement isolantes retardant la naissance et la croissance des arborescences d'eau. Ceci étant, l'influence des couches semi-conductrices sur la naissance et la croissance des arborescences d'eau n'a pas été réellement étudiée, et de ce fait les couches semi-conductrices ne sont pas aujourd'hui optimisées pour limiter les dégradations liées à ces arborescences d'eau. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques de l'art antérieur en proposant une nouvelle composition destinée à être utilisée comme couche semi-conductrice pour câble électrique, présentant une résistance aux vieillissements, dans un environnement humide en présence d'un champ électrique, améliorée de façon significative. La présente invention a pour objet un câble électrique comprenant un conducteur électrique, une première couche semi-conductrice entourant le conducteur électrique, une couche électriquement isolante, obtenue à partir d'une composition électriquement isolante, entourant la première couche semi-conductrice, et une deuxième couche semi-conductrice entourant la couche électriquement isolante, caractérisé en ce qu'au moins une des couches semi-conductrices est obtenue à partir d'une composition semi-conductrice comprenant un homopolymère d'éthylène, un copolymère d'éthylène non polaire, et une charge semi-conductrice en quantité suffisante pour rendre la composition semi-conductrice. De préférence, la première et la deuxième couche semi-conductrices sont obtenues à partir de ladite composition semi-conductrice. On a découvert de façon surprenante que l'utilisation d'un copolymère d'éthylène non polaire, en remplacement des composés limitant les arborescences d'eau classiquement utilisés dans l'art antérieur, permettait de limiter efficacement les dégradations liées aux arborescences d'eau dans des compositions comprenant des charges semi-conductrices. En effet, le mélange d'un copolymère d'éthylène polaire avec une charge semi-conductrice n'est pas réellement adapté pour ce type d'application (i.e. composition semi-conductrice) puisque l'on a observé une dégradation progressive et significative des propriétés électriquement isolantes du câble liées aux arborescences d'eau avec ce type de mélange.

Le terme « semi-conducteur » ou « semi-conductrice » utilisé dans la présente invention doit être également compris comme signifiant « conducteur » ou « conductrice ». On entend par « non polaire » tout copolymère d'éthylène ne comportant pas de fonctions polaires telles que des groupements acétates, acrylates, hydroxyles, nitriles, carboxyles, carbonyles, ou tous autres groupements à caractère polaire bien connus dans l'art antérieur. Ceci exclut notamment du cadre de l'invention les copolymères d'éthylènes du type copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), copolymère d'éthylène et de butyle acrylate (EBA), copolymère d'éthylène et d'éthyle acrylate (EEA), copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle (EMA), ou copolymère d'éthylène et d'acide acrylique (EAA). L'homopolymère d'éthylène conforme à l'invention peut être choisi parmi un polyéthylène basse densité (LDPE), un polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE), et un polyéthylène très basse densité (VLDPE), ou un de leurs mélanges. Plus particulièrement, on préfère utiliser un polyéthylène basse densité (LDPE) puisqu'il présente de très bonnes propriétés de mise en oeuvre, notamment par extrusion. On entend par « basse densité » une densité pouvant aller de 0,910 à 0,940 g/cm3, et de préférence pouvant aller de 0,910 à 0,930 g/cm3 selon la 25 norme ISO 1183 (à une température de 23°C). On entend par « très basse densité » une densité pouvant aller de 0,860 et 0,910 g/cm3 selon la norme ISO 1183 (à une température de 23°C). Le copolymère d'éthylène non polaire conforme à l'invention peut comprendre un comonomère de type alpha-oléfine, notamment en C3-C12. De 30 préférence, le comonomère de type alpha-oléfine peut être choisi parmi le propylène, le 4-méthyle-1-pentène, le 1-butène, le 1-hexène, le 1-octène. On préférera utiliser comme alpha-oléfine le 1-octène pour former le copolymère d'éthylène et d'octène (PEO).

En outre, le copolymère d'éthylène non polaire peut comprendre un comonomère de type diène. Le comonomère de type diène peut être choisi parmi l'éthylidène norbornène, le dicylopentadiène, le vinyle norbornène et l'hexadiène 1-4. Ce type de copolymère d'éthylène peut être notamment un terpolymère d'éthylène-propylène, comme par exemple le copolymère d'éthylène, de propylène et de diène (EPDM). Typiquement, le copolymère d'éthylène non polaire est obtenu à partir de la copolymérisation de l'éthylène avec ladite alpha-oléfine, en présence d'un catalyseur Ziegler-Natta, d'un catalyseur d'oxyde métallique ou d'un catalyseur à site unique. On préférera utiliser un catalyseur à site unique comme par exemple un catalyseur métallocène bien connu de l'homme du métier. On appelle couramment un copolymère obtenu par ce type de copolymérisation un copolymère métallocène.

Les copolymères d'éthylène non polaires « métallocènes » ont des structures moléculaires plus régulières (i.e. ayant une distribution de masse moléculaire « étroite », aussi appelé polymère « à faible polydispersité ») ce qui leur confère d'excellentes propriétés mécaniques, notamment un excellent allongement à la rupture, même en présence de charges à des taux importants. En outre, ils ont un degré de pureté plus élevé par rapport aux résidus de catalyseurs se trouvant dans le copolymère après sa fabrication, comparé aux copolymères d'éthylène non polaires obtenus par des procédés de polymérisation utilisant des catalyseurs de type Ziegler-Natta ou oxyde métallique. Ainsi, les copolymères d'éthylène non polaires métallocènes résistent mieux aux dégradations thermiques (i.e. stress thermique) et au vieillissement par fissuration (connu sous l'anglicisme ESCR pour « Environmenta/ Stress Cracking Resistance ») que des copolymères d'éthylène non polaires avec un taux sensiblement identique de cristallinité obtenus par un procédé de copolymérisation différent. Dans un mode de réalisation particulier, la composition semi-conductrice comprend au moins 50 parties en poids d'homopolymère d'éthylène pour 100 parties de polymère(s) (i.e. matrice polymère) dans ladite composition, de préférence au moins 70 parties en poids d'homopolymère d'éthylène pour 100 parties de polymère(s) dans ladite composition, et de façon particulièrement préférée au moins 75 parties en poids d'homopolymère d'éthylène pour 100 parties de polymère(s) dans ladite composition. En outre, il est préférable que la composition semi-conductrice ne comprenne pas plus de 85 parties en poids d'homopolymère d'éthylène pour 100 parties de polymère(s) dans ladite composition. Dans un autre mode de réalisation particulier, la composition semi- conductrice comprend au moins 15 parties en poids de copolymère d'éthylène non polaire pour 100 parties en poids de polymère(s) (i.e. matrice polymère) dans ladite composition, et de préférence au moins 25 parties en poids de copolymère d'éthylène non polaire pour 100 parties en poids de polymère(s) dans ladite composition.

La limite inférieure de 15 parties en poids permet de préserver avantageusement les propriétés mécaniques de la couche semi-conductrice : en-dessous de 15 parties en poids de copolymère d'éthylène non polaire, l'allongement à la rupture de la couche semi-conductrice peut chuter, et ainsi devenir insuffisant pour une application dans des câbles d'énergie moyenne et haute tension. En outre, il est préférable que la composition semi-conductrice ne comprenne pas plus de 30 parties en poids de copolymère d'éthylène non polaire pour 100 parties en poids de polymère(s) dans ladite composition pour des raisons économiques.

Typiquement, le rapport du pourcentage en poids d'homopolymère d'éthylène sur le pourcentage en poids de copolymère d'éthylène dans la composition semi-conductrice est de préférence supérieur à 1 afin d'obtenir une phase majoritaire d'homopolymère d'éthylène et une phase minoritaire de copolymère d'éthylène non polaire.

De façon particulièrement préférée, les polymères qui composent la composition semi-conductrice de l'invention sont uniquement un ou plusieurs homopolymères d'éthylène et un ou plusieurs copolymères d'éthylène non polaires.

La charge semi-conductrice est ajoutée à la composition semi-conductrice pour rendre cette dernière semi-conductrice. En général, cette composition peut comprendre de 4 à 40% en poids de charge semi-conductrice. La charge semi-conductrice peut être choisie avantageusement parmi du noir de carbone, des nanotubes de carbone, du graphite, des polymères conducteurs, et des poudres métalliques. Les noirs de carbone sont plus particulièrement préférés et peuvent avoir les caractéristiques physiques suivantes : - une valeur d'absorption d'huile (di(n-butyle)phthalate), selon la norme ASTM D 2414-90, d'au moins 100 cm3/100g, et - une valeur de surface spécifique BET, selon la norme ASTM D 3037, d'au moins 40 m2/g. En outre, on peut utiliser des noirs de carbone dits conducteurs ou extra-conducteurs ayant un degré de pureté élevé.

Un degré de pureté élevé peut s'exprimer par un taux de soufre inférieur à 1%, de préférence inférieur à 0,5% en poids, et de façon particulièrement préférée inférieur à 0,25% en poids, dans le noir de carbone considéré, ce degré de pureté étant classiquement déterminé par la méthode de mesure selon la norme ASTM D-1619.

Il peut également s'exprimer par un taux de cendres inférieur à 2% en poids, de préférence inférieur à 1% en poids, et de façon particulièrement préférée inférieur à 0,5% en poids, dans le noir de carbone considéré, ce taux de cendres étant classiquement déterminé par la méthode de mesure selon la norme ASTM D-1506.

La composition semi-conductrice selon l'invention peut comprendre en outre au moins un agent de protection tel qu'un antioxydant. Les antioxydants permettent de protéger la composition du stress thermique engendré par lors des étapes de fabrication du câble ou de fonctionnement du câble. Les antioxydants sont choisis de préférence parmi : - les antioxydants phénoliques à encombrement stérique tels que le tetrakismethylene(3,5-di-t-butyl-4-hydroxy-hydrocinnamate) methane, le octadecyl 3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate, le 2,2'-thiodiethylene bis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate], le 2,2'-Thiobis(6-t-butyl- 4-methylphenol), le 2,2'-methylenebis(6-t-butyl-4-methylphenol), le 1,2-Bis(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyhyd rocinnamoyl)hydrazine, le [2,2'-oxamidobis(ethyl 3(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), et le 2,2'-oxamidobis[ethyl 3-(t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate] ; - les thioethers tels que le 4,6-bis(octylthiomethyl)-o-cresol, le Bis[2-methyl-4-{3-n-alkyl (C12 ou C14)thiopropionyloxy}-5-t-butylphenyl]sulfide et le Thiobis-[2-t-butyl-5-methyl-4,1-phenylene] bis [3-(dodecyltio)propionate] ; - les antioxydants à base de soufre tels que le Dioctadecyl-3,3'-thiodipropionate ou le Didodecyl-3,3'-thiodipropionate ; - les antioxydants à base de phosphore tels que les phosphites ou phosphonates comme par exemple le Tris(2,4-di-t-butyl-phenyl)phosphite ou le Bis(2,4-di-t-butylphenyl) pentaerythritol diphosphite. ; - les antioxydants de type amine tels que le 2,2,4-trimethyl-1,2 dihydroquinoline polymérisé (TMQ), ce dernier type d'antioxydant étant particulièrement préféré dans la composition de l'invention. Les TMQ peuvent avoir différents grades, à savoir : - un grade dit « standard » avec un faible degré de polymérisation, c'est-à-dire avec un taux de monomère résiduel supérieur à 1% en poids et ayant une teneur en NaCl résiduelle pouvant aller de 100 ppm à plus de 800 ppm (parties par million massiques) ; - un grade dit « à haut degré de polymérisation » avec un haut degré de polymérisation, c'est-à-dire avec un taux de monomère résiduel inférieur à 1% en poids et ayant une teneur en NaCl résiduelle pouvant aller de 100 ppm à plus de 800 ppm ; - un grade dit « à faible teneur en sel résiduel » avec une teneur en NaCl résiduelle inférieure à 100 ppm. Le type de stabilisant et son taux dans la composition semi-conductrice sont classiquement choisis en fonction de la température maximale subie par les polymères pendant la production du mélange et pendant la mise en oeuvre par extrusion sur le câble ainsi que selon la durée maximale d'exposition à cette température. La composition semi-conductrice peut typiquement comprendre de 0,3% à 2% en poids d'antioxydant(s). De préférence, elle peut comprendre au plus 0,7% en poids d'antioxydant(s) notamment lorsque l'antioxydant est le TMQ. D'autres additifs peuvent également être ajoutés à la composition semi-conductrice de l'invention tels que des retardateurs de grillage, des co- agents de réticulation, des agents favorisants la mise en oeuvre tels que des lubrifiants ou des cires, des agents compatibilisants, des agents de couplage, des stabilisants UV et des charges non-conductrices. La couche électriquement isolante de l'invention peut être obtenue à partir d'une composition électriquement isolante comprenant au moins 50 parties en poids d'homopolymère d'éthylène pour 100 parties en poids de polymère(s) (i.e. matrice polymère) dans ladite composition, de préférence au moins 75 parties en poids d'homopolymère d'éthylène pour 100 parties en poids de polymère(s) dans ladite composition. L'homopolymère d'éthylène peut être choisi parmi un polyéthylène basse densité (LDPE), un polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE), et un polyéthylène très basse densité (VLDPE), ou un de leurs mélanges. La composition électriquement isolante peut comprendre en outre un composé limitant les arborescences d'eau. Ce dernier peut être un copolymère d'éthylène polaire et, à ce titre, peut donc faire partie de la matrice polymère.

Selon un mode de réalisation particulier, la couche électriquement isolante du câble électrique est obtenue à partir d'une composition électriquement isolante ne comprenant pas de composé limitant les arborescences d'eau. A titre d'exemple, la composition électriquement isolante comprend un homopolymère d'éthylène comme unique polymère dans ladite composition. Ainsi, la matrice polymère qui compose la composition électriquement isolante ne comprend donc pas de copolymère d'éthylène polaire qui est un composé limitant les arborescences d'eau. En d'autres termes, la composition électriquement isolante comprend 100 parties en poids de polymère d'éthylène pour 100 parties en poids de polymère(s) dans la composition électriquement isolante. Par conséquent, la préparation de cette composition électriquement isolante ne nécessite pas d'étapes supplémentaires de mélange entre au moins deux polymères, comme le nécessite la composition électriquement isolante du mélange entre l'homopolymère d'éthylène basse densité et le copolymère d'éthylène polaire du document EP-1 148 518. On peut ajouter que le fait d'avoir un unique type de polymère (uniquement un homopolymère d'éthylène) dans la couche électriquement isolante permet de limiter significativement les pertes diélectriques tout le long de la vie du câble électrique. La couche électriquement isolante du câble de l'invention peut en outre comprendre au moins un agent de protection tel que ceux mentionnés pour la/les couche(s) semi-conductrice(s). En outre, elle peut comprendre d'autres additifs tels que ceux mentionnés pour la/les couche(s) semi-conductrice(s). Que ce soient la première couche semi-conductrice, la couche électriquement isolante et/ou la deuxième couche semi-conductrice, au moins une de ces couches est une couche extrudée, de préférence deux de ces trois couches sont des couches extrudées, et encore plus préférentiellement ces trois couches sont des couches extrudées. De la même façon, au moins une de ces trois couches est une couche réticulée, de préférence deux de ces trois couches sont des couches réticulées, et encore plus préférentiellement ces trois couches sont des couches réticulées. Par conséquent, la composition semi-conductrice de l'invention, de même que la composition électriquement isolante, peuvent être réticulées. La réticulation au moins d'une de ces compositions (i.e. composition semi-conductrice et/ou composition électriquement isolante) peut s'effectuer par les techniques classiques de réticulation bien connues de l'homme du métier telles que par exemple la réticulation peroxyde et/ou l'hydrosilylation sous l'action de la chaleur ; la réticulation silane en présence d'un agent de réticulation ; la réticulation par faisceaux d'électron, rayons gamma, rayons X, ou microondes ; la réticulation par voie photochimique telle que l'irradiation sous rayonnement béta, ou l'irradiation sous rayonnement ultraviolet en présence d'un photo-amorceur. La réticulation peroxyde sous l'action de la chaleur est préférée dans le cadre de l'invention. Dans ce cas particulier, la composition prise en considération (cf. composition semi-conductrice et/ou composition électriquement isolante) comprend en outre un agent de réticulation tel qu'un peroxyde organique. Des exemples de peroxydes organiques bien connus de l'homme du métier peuvent être utilisés tels que par exemple le peroxyde de dicumyle, le t-butylcumylperoxide, le 2,5-dimethyl-2,5-di-(t-butylperoxy)hexane, le di-tbutylperoxide, le di-(2-t-butyl-peroxyisopropyl)-benzene. Dans un mode de réalisation particulier, généralement conforme au câble électrique bien connu dans le domaine d'application de l'invention, la première couche semi-conductrice, la couche électriquement isolante et la deuxième couche semi-conductrice constitue une isolation tricouche. En d'autres termes, la couche électriquement isolante est directement en contact physique avec la première couche semi-conductrice, et la deuxième couche semi-conductrice est directement en contact physique avec la couche électriquement isolante. Le câble électrique de l'invention peut comprendre en outre un écran métallique entourant la deuxième couche semi-conductrice. Cet écran métallique peut être un écran dit « filaire », composé d'un ensemble de conducteurs en cuivre ou aluminium arrangé autour et le long de la deuxième couche semi-conductrice, 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 d'un écran dit « étanche » de type tube métallique entourant la deuxième couche semi-conductrice. Ce dernier type d'écran permet notamment de faire barrière à l'humidité ayant tendance à pénétrer le câble électrique en direction radiale. 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 électrique de l'invention peut comprendre une gaine extérieure de protection entourant la deuxième couche semi-conductrice, ou bien entourant plus particulièrement ledit écran métallique lorsqu'il existe. Cette gaine extérieure de protection peut être réalisée classiquement à partir de matériaux thermoplastiques appropriées tels que des HDPE, des MDPE ou des LLDPE ; ou encore des matériaux retardant la propagation de la flamme ou résistant à la propagation de la flamme. Notamment, si ces derniers matériaux ne contiennent pas d'halogène, on parle de gainage de type HFFR (pour l'anglicisme « Ha/ogen Free Rame Retardant »).

D'autres couches, telles que des couches gonflantes en présence d'humidité, peuvent être ajoutées entre la deuxième couche semi-conductrice et l'écran métallique lorsqu'il existe, et/ou entre l'écran métallique et la gaine extérieure lorsqu'ils existent, ces couches permettant d'assurer l'étanchéité longitudinale du câble électrique à l'eau. Le conducteur électrique du câble de l'invention peut également comprendre des matières gonflantes en présence d'humidité pour obtenir une « âme étanche ». Un autre objet selon l'invention concerne un procédé de fabrication d'un câble électrique tel que décrit ci-avant comportant trois couches successives. Ce procédé comprend les étapes consistant à : i. extruder et déposer la première couche semi-conductrice autour du conducteur électrique, ii. extruder et déposer la couche électriquement isolante autour de ladite première couche, iii. extruder et déposer la deuxième couche semi-conductrice autour de ladite couche électriquement isolante, et iv. réticuler les première, deuxième et troisième couches. Dans une variante, les étapes i à iii peuvent être effectuées concomitamment, l'étape iv étant effectuée après la co-extrusion et la co-déposition de la première couche semi-conductrice, de la couche électriquement isolante et de la deuxième couche semi-conductrice. Dans une autre variante, l'étape iv peut être effectuée après chacune des étapes i, ii et iii. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description d'un exemple non limitatif d'un câble électrique selon l'invention fait en référence à la figure 1 représentant une vue schématique en perspective et en coupe d'un câble électrique selon un mode de réalisation préféré conforme à l'invention.

Pour des raisons de clarté, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés de manière schématique, et ceci sans respect de l'échelle. Le câble d'énergie 1 à moyenne ou haute tension, illustré dans la figure 1, comprend un élément conducteur 2 central, notamment en cuivre ou en aluminium, et, successivement et coaxialement comprend autour de cet élément, une première couche semi-conductrice 3 dite « couche semi-conductrice interne », une couche électriquement isolante 4, une deuxième couche semi-conductrice 5 dite « couche semi-conductrice externe », un écran métallique 6 du type tube cylindrique, et une gaine extérieure de protection 7, les couches semi-conductrices 3 et 5 étant obtenues à partir d'une composition selon l'invention. Les couches 3, 4 et 5 sont des couches extrudées et réticulées par des procédés bien connus de l'homme du métier.

La présence de l'écran métallique 6 et de la gaine extérieure de protection 7 est préférentielle, mais non essentielle. Cette structure de câble est en tant que telle de type connu et hors du cadre de la présente invention.

Exemples Fabrication d'un câble électrique comportant une isolation tricouche

Les matériaux utilisés pour préparés les différentes couches de l'isolation tricouche de câbles électriques notés Cc (câble comparatif) ou Ci 25 (câble de l'invention) sont référencées dans le tableau 1 qui suit. Câble Cc ou Ci : Couche Couche Couche composition de semi-conductrice 1 électriquement semi-conductrice 2 l'isolation isolante tricouche Cc1 LE LH LE Cc2 R1 HF ei3 R1 Cc3 HF sc HF ei3 HF sc20 Cil EB1 HF ei3 EB1 Cil EB2 HF ei3 EB2 Ci3 EB3 HF ei3 EB3 Ci4 EB4 HF ei3 EB4 Ci5 EB5 HF ei3 EB5 Ci6 EB6 HF ei3 EB6 Ci7 EB1 LH EB1 Tableau 1

Le tableau 2 ci-après détaille les compositions utilisées pour obtenir les couches semi-conductrices référencées dans le tableau 1. Ces compositions sont toutes réticulables et comprennent un peroxyde organique à cet effet. Elles comprennent en outre une charge semi-conductrice ainsi qu'un antioxydant. LE Composition semi-conductrice basée sur un copolymère d'éthylène polaire de type EBA et ayant un taux de noir de carbone d'environ 38% en poids, commercialisée par la société Borealis sous la référence LE0592 R1 Composition semi-conductrice comprenant 67,4% en poids de Clearflex MPDO, 32% en poids de Vulcan XC- 500 et 0,6% en poids d'antioxydant (TMQ) HF_sc Composition semi-conductrice basée sur un copolymère d'éthylène polaire de type EEA et ayant un taux de noir de carbone d'environ 32% en poids, commercialisée par la société DOW sous la référence HFDK-0586-BK EB1 Composition semi-conductrice comprenant 69,4% en poids d'un mélange de 75 parties en poids de Riblène MP20 et de 25 parties en poids de Exact 8203, 30% en poids de Vulcan XC-500, et 0,6% en poids de TMQ1. EB2 Composition semi-conductrice comprenant 69,4% en poids d'un mélange de 75 parties en poids de LDPE 1808AN00 et de 25 parties en poids de Engage 8450, 510 30% en poids de Vulcan XC-500, et 0,6% en poids de TMQ2. EB3 Composition semi-conductrice comprenant 69,4% en poids d'un mélange de 75 parties en poids de Riblène MP20 et de 25 parties en poids de Exact 8203, 30% en poids de Vulcan XC-500, et 0,6% en poids de TMQ2. EB4 Composition semi-conductrice comprenant 69,4% en poids d'un mélange de 50 parties en poids de Clearflex MPDO et de 50 parties en poids de Riblène MP 20, 30% en poids de Vulcan XC-500, et 0,6% en poids de TMQ2. EB5 Composition semi-conductrice comprenant 69,4% en poids d'un mélange de 75 parties en poids de Riblène MP20 et 25 parties en poids de Exact 8203, 30% en poids de Conductex 7055 Ultra, et 0,6% en poids de TMQ1. EB6 Composition semi-conductrice comprenant 69,4 % en poids d'un mélange de 75 parties en poids de Novex 19N430 et 25 parties en poids de Exact 8203, 30% en poids de Vulcan XC-500, et 0,6% en poids de TMQ3. Tableau 2 Dans le tableau 2 ci-dessus : - « Clearflex MPDO » est une référence commerciale de la société Polimeri Europa SpA d'un copolymère d'éthylène et d'alpha-oléfine apolaire dit VLDPE (Very Low Density Polyethylene) dont la densité est comprise entre 0,89 et 0,91 g/cm3 ; - « Riblène MP20 » est une référence commerciale de la société Polimeri Europa SpA d'un homopolymère d'éthylène basse densité ; - « LDPE 1808AN00 » est une référence commerciale de la société SABIC Europe B.V. d'un homopolymère d'éthylène basse densité ; - «Novex 19N430 » est une référence commerciale de la société INEOS O&P Europe d'un homopolymère d'éthylène basse densité, dont les densités sont comprises entre 0,918 et 0,922 g/cm3 ; - « Engage 8450 » est une référence commerciale de la société The DOW Chemical Company d'un copolymère d'éthylène et d'octène apolaire issu d'un procédé de polymérisation avec un catalyseur métallocène ; - et « Exact 8203 » est une référence commerciale de la société DEX Plastomers d'un copolymère d'éthylène et d'octène apolaire issu d'un procédé de polymérisation avec un catalyseur métallocène ; - « Vulcan XC-500 » est une référence commerciale de la société Cabot Coporation d'un noir de carbone conducteur ayant un taux de soufre inférieur à 0,1% en poids ainsi qu'un taux de cendres inférieur à 0,1% en poids ; - « Conductex 7055 Ultra » est une référence commerciale de la société Columbian Chemicals Company d'un noir de carbone conducteur ayant un taux de soufre inférieur à 0,5% en poids ainsi qu'un taux de cendres inférieur à 0,075% en poids ; - « TMQ1» est un antioxydant du type 2,2,4-trimethyl-1,2 dihydroquinoline dit « à faible teneur en sel résiduel », commercialisé par la société Lanxess Deutschland GmbH sous la référence Vulkanox HS/LG « low sait » ; - « TMQ2 » est un antioxydant du type 2,2,4-trimethyl-1,2 dihydroquinoline dit «standard », commercialisé par la société Lanxess Deutschland GmbH sous la référence Vulkanox HS/LG ; et - « TMQ3 » est un antioxydant du type 2,2,4-trimethyl-1,2 dihydroquinoline dit « à haut degré de polymérisation », commercialisé par la société Songwon Industrial Co. Ltd. sous la référence Antioxidant FR SB.

Le tableau 3 ci-après détaille les compositions utilisées pour obtenir les couches électriquement isolantes référencées dans le tableau 1. Ces compositions sont toutes réticulables et comprennent un peroxyde organique à cet effet. Elles comprennent en outre un antioxydant. LH Composition électriquement isolante basée sur le mélange d'un homopolymère d'éthylène et d'un copolymère d'éthylène polaire, commercialisée par la société Borealis sous la référence LH4201/R. HF_ei3 Composition électriquement isolante comprenant une matrice polymère uniquement à base d'un homopolymère d'éthylène, commercialisée par la société DOW sous la référence HFDK 4201 EC.

Tableau 3

L'ensemble des constituants des compositions R1, et EB1 à EB6 référencées dans le tableau 2, pour chaque couche à considérer, est dosé et mélangé respectivement dans un mélangeur en continu de type co-malaxeur BUSS, extrudeuse bi-vis ou un autre type de mélangeur approprié pour des mélanges thermoplastiques chargés. Le mélange est ensuite extrudé sous forme de joncs, puis refroidi et séché pour être mis sous forme de granulés. Ces granulés sont alors imprégnés d'un peroxyde organique liquide. Ces granulés imprégnés sont introduits au sein d'une extrudeuse mono-vis afin d'extruder et de déposer chacune desdites compositions autour du conducteur électrique en cuivre, selon le type de couches et leur positionnement mentionnés dans le tableau 1. Les compositions LE, HF_sc, LH et HF_ei3 référencées dans les tableaux 2 et 3 sont des compositions prêtes à l'emploi. Ainsi, pour chaque couche à considérer, ces compositions sont directement introduites au sein d'une extrudeuse mono-vis afin d'extruder et de déposer chacune desdites compositions autour du conducteur électrique en cuivre, selon le type de couches et leur positionnement mentionnés dans le tableau 1. Ainsi, les différentes compositions sont extrudées les unes à la suite des autres pour entourer de façon successive le conducteur électrique en cuivre, et ainsi former les différentes isolations tricouches telles que mentionnées dans le tableau 1. Enfin, chaque isolation tricouche est réticulée sous l'action de la chaleur à une température supérieure à la température de décomposition du 10 peroxyde organique compris dans chacune des trois couches. On obtient ainsi respectivement les câbles électriques Ccl à Cc3 et Cil à Ci7 comprenant chacun trois couches extrudées et réticulées.

Test de vieillissement et tension de claauaae 15 Pour déterminer les propriétés de résistance aux arborescences d'eau des câbles électriques Ccl à Cc3 et Cil à Ci7, on applique la méthode décrite dans le document « Model Cable Test for Evaluating the Aging Behaviour under Water Influence of Compounds for Medium Voltage Cables », H.G. Land 20 et Hans Schâdlich, pages 177 à 182, publié lors de la « Conference Proceedings of Jicable 91 », du 24-28 Juin 1991, à Versailles, France. Cette méthode consiste tout d'abord à effectuer des tests de claquage avec une tension alternative avec une fréquence de 50 Hz sur des échantillons « non vieillis » de câbles électriques Ccl à Cc3 et Cil à Ci7 pour déterminer la 25 valeur initiale de la tension de claquage, et ensuite à effectuer ces test de claquage sur des échantillons « vieillis » de câbles électriques Ccl à Cc3 et Cil à Ci7, mis sous tension alternative, dans un bac d'eau chauffée à 70°C pendant 1000 heures (selon les conditions référencées « Ageing 2 » dans ledit document) pour déterminer leur tension de claquage après 1000h. 30 La tension de claquage (en kV/mm) du câble électrique correspond à la tension nécessaire pour former un arc électrique au sein du câble. Elle est typiquement ramenée au champ électrique maximum à l'interface entre la première couche semi-conductrice (ou couche semi-conductrice interne) et la couche électriquement isolante du câble électrique. Les résultats des tensions de claquage sont rassemblés dans le tableau 4 ci-après. Câble Valeur initiale Après 1000h (kV/mm) (kV/mm) Ccl 133 55 Cc2 107 41 Cc3 97 40 Cil 95 65 Cil 108 57 Ci3 100 57 Ci4 103 54 Ci5 120 50 Ci6 109 47 Ci7 100 81 Tableau 4

Dans le tableau 4, on remarque que les tricouches des câbles Cil à Ci6, composés : 10 - d'une matrice polymère comprenant majoritairement un homopolymère d'éthylène associé à un copolymère d'éthylène apolaire pour les couches semi-conductrices, et - d'une matrice polymère comprenant uniquement un homopolymère d'éthylène (composition exempte de 15 composé retardant les arborescences d'eau) pour la couche électriquement isolante, présentent une tension de claquage bien au-dessus de 40 kV/mm en comparaison avec les tricouches des câbles Cc2 et Cc3. Les tricouches de ces deux câbles comportent tous les deux une 20 couche électriquement isolante de même nature que les tricouches des câbles Cil à Ci6, tandis que leurs couches semi-conductrices étant respectivement5 composées d'une matrice non polaire (pour le câble Cc2) et d'une matrice polaire (pour le câble Cc3). Ainsi, l'association de couches semi-conductrices selon l'invention avec une couche électriquement isolante exempte de composé limitant les arborescences d'eau présente une très bonne tenue au vieillissement et une résistance aux arborescences d'eau améliorée, tout en restant très économique. En outre, on peut noter que le tricouche du câble Ci7 présente des propriétés de résistance aux arborescences d'eau après 1000h (81 kV/mm) significativement supérieures à celles des câbles Ccl (55 kV/mm), Cc2 (41 kV/mm) et Cc3 (40 kV/mm), et plus particulièrement à celles du câble Ccl qui comprend, comme le tricouche du câble Ci7, une couche électriquement isolante à base d'un homopolymère d'éthylène associé à un copolymère d'éthylène polaire. Cette différence de résultats est due à la nature de la couche semi-conductrice du tricouche. Même si la préparation de la couche électriquement isolante du tricouche du câble Ci7 inclut différentes étapes de mélange (entre les polymères qui composent cette couche), l'association de cette couche avec une couche semi-conductrice selon l'invention induit un effet synergique des plus significatifs puisque la tension de claquage est la plus élevée du tableau 4, et atteint 80 KV/mm après un vieillissement de 1000h.

Claims

REVENDICATIONS1. Câble électrique (1) comprenant un conducteur électrique (2), une première couche semi-conductrice (3) entourant le conducteur électrique (2), une couche électriquement isolante (4), obtenue à partir d'une composition électriquement isolante, entourant la première couche semi-conductrice (3), et une deuxième couche semi-conductrice (5) entourant la couche électriquement isolante (4), caractérisé en ce qu'au moins une des couches semi-conductrices (3,5) est obtenue à partir d'une composition semi-conductrice comprenant un homopolymère d'éthylène, un copolymère d'éthylène non polaire, et une charge semi-conductrice en quantité suffisante pour rendre la composition semi-conductrice.
2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et la deuxième couche semi-conductrices (3,5) sont obtenues à partir de ladite composition semi-conductrice.
3. Câble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'homopolymère d'éthylène peut être choisi parmi un polyéthylène basse densité (LDPE), un polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE), et un polyéthylène très basse densité (VLDPE), ou un de leurs mélanges.
4. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le copolymère d'éthylène non polaire est un copolymère métallocène.
5. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition semi-conductrice comprend au moins 50 parties en poids d'homopolymère d'éthylène pour 100 parties de polymère(s) dans ladite composition, et de préférence au moins 70 parties en poids d'homopolymère d'éthylène pour 100 parties de polymère(s) dans ladite composition.
6. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition semi-conductrice comprend au moins 15 parties en poids de copolymère d'éthylène non polaire pour 100 parties en poids de polymère(s) dans ladite composition, et de préférence au moins 25 parties en poids de copolymère d'éthylène non polaire pour 100 parties en poids de polymère(s) dans ladite composition.
7. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport du pourcentage en poids d'homopolymère d'éthylène sur le pourcentage en poids de copolymère d'éthylène non polaire dans la composition semi-conductrice est supérieur à 1.
8. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition électriquement isolante comprend au moins 50 parties en poids d'homopolymère d'éthylène pour 100 parties en poids de polymère(s) dans ladite composition.
9. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition électriquement isolante ne comprend pas de composé limitant les arborescences d'eau.
10.Câble selon la revendication 9, caractérisé en ce que la composition électriquement isolante comprend un homopolymère d'éthylène comme unique polymère dans ladite composition.
11.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition semi-conductrice et/ou la composition électriquement isolante comprend en outre un agent de protection.
12.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une des couches choisies parmi la première couche semi-conductrice (3), la couche électriquementisolante (4), et la deuxième couche semi-conductrice (5) est une couche extrudée, de préférence deux de ces trois couches sont des couches extrudées, et encore plus préférentiellement ces trois couches sont des couches extrudées.
13.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une des couches choisies parmi la première couche semi-conductrice (3), la couche électriquement isolante (4), et la deuxième couche semi-conductrice (5) est une couche réticulée, de préférence deux de ces trois couches sont des couches réticulées, et encore plus préférentiellement ces trois couches sont des couches réticulées.
14.Câble selon la revendication 13, caractérisé en ce que la composition semi-conductrice et/ou la composition électriquement isolante comprend en outre un agent de réticulation du type peroxyde organique.
15.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un écran métallique (6) entourant la deuxième couche semi-conductrice.
16.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une gaine de protection (7) entourant la deuxième couche semi-conductrice.
17.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première couche semi-conductrice (3), la couche électriquement isolante (4) et la deuxième couche semi- conductrice (5) constitue une isolation tricouche.