FR2982993A1 - Cable electrique haute tension adapte aux conditions extremes - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un câble électrique haute tension comprenant un conducteur central (1) en cuivre ou alliage de cuivre revêtu de nickel et au moins une couche principale d'un matériau isolant (2) disposée autour du conducteur central (1), ladite couche de matériau isolant étant formée par un thermoplastique extrudé choisi parmi les polyéthercétones, les polyéthercétoneéthercétonecétones et leurs mélanges. Elle concerne également l'utilisation du câble dans le domaine aérospatial et/ou nucléaire et/ou recherche scientifique et/ou recherche pétrolière.

Description

CABLE ELECTRIQUE HAUTE TENSION ADAPTE AUX CONDITIONS EXTREMES La présente invention concerne le domaine des câbles électriques haute tension résistant à des conditions extrêmes destiné à l'aérospatiale, au nucléaire, à la recherche scientifique et/ou à la recherche pétrolière. Certains domaines d'application requièrent des conditions d'utilisation extrêmes. Le domaine pétrolier recherche des matériaux capables de tenir à des températures élevées (200°C et +) combinées avec une tenue à des pressions élevées (300 à 700 bars par exemple) ainsi qu'une excellente résistance aux produits chimiques (carburants, hydrocarbures etc.). Le domaine de la recherche scientifique (accélération de particules, fusion ou fission nucléaire etc.) s'intéresse plutôt à la tenue aux radiations des polymères associée à une résistance aux températures cryogéniques et à un niveau de dégazage très faible. Les applications en centrale nucléaire quant à elles recherchent des tenues très élevées aux radiations et une qualité isolante pour de faibles épaisseurs. Le domaine spatial quant à lui requière la combinaison du gain de poids, d'une très bonne tenue aux radiations, d'une résistance à des températures de plus en plus élevées (250°C et plus), d'une forte intensité et de faible dégazage. L'exigence de faible dégazage est très importante car les applications pour la recherche ou le domaine spatial s'opèrent dans un environnement de vide poussé (1 à 10-12 mbar). Cette propriété désigne la quantité de composés volatiles relâchés par un composant ou un matériau lorsqu'il est soumis à un vide poussé. La condensation de ces composés sur des organes sensibles tels que des capteurs ou des optiques peut être à l'origine d'erreurs de mesure ou de disfonctionnements. La norme spatiale ECSS-Q-70-02 est utilisée pour caractériser le dégazage d'un matériau ou composant. Selon cette norme, la teneur en matériaux volatiles condensables collectés (CVCM) doit être inférieure 2982993 - 2 à 0,1% et la perte de masse totale du matériau sans compter l'eau (RML) doit être inférieure à 1%. L'augmentation de la puissance des équipements impliquent aussi que les câbles de nouvelles générations puissent être capables de transporter des tensions de 5 plus en plus élevées. Ces applications, dites haute tension, sont devenues courantes dans des domaines telles que le spatial, le militaire ou la recherche. Les radiations sont connues pour être un facteur de vieillissement critique dans les domaines du spatial ou du nucléaire. Ces différents rayonnements ionisants font partie intégrante de ces applications et peuvent atteindre des doses très 10 élevées dans certains cas (plusieurs centaines de megarads). Pour terminer, la température maximale d'utilisation est aussi un critère très important. Les applications spatiales ou nucléaires peuvent requérir des températures supérieures à 250 °C. C'est aussi le cas des applications aéronautiques ou militaires. Une autre tendance observée est celle d'utiliser les 15 fils ou câbles à leur limite thermique non pas par l'environnement extérieur mais plutôt par l'échauffement généré par le passage d'un courant élevé. Tous ces secteurs sont demandeurs de propriétés dont les limites sont sans cesse repoussées. De plus, l'élaboration d'une solution commune à toutes ces applications suppose de tenir compte de l'effet combiné de ces différents facteurs 20 que sont la température, les radiations et la tension. Il est donc nécessaire de pouvoir fabriquer un câble capable de répondre à l'ensemble des exigences des domaines cités ci-dessus ; à savoir en particulier : - Le domaine nucléaire 25 - Le domaine de la recherche scientifique ou fondamentale - Le domaine de l'aérospatial - Le domaine pétrolier, en particulier de la prospection - Et tous les domaines dont les exigences sont similaires. Le câble est constitué par une combinaison de matériaux de différentes natures 30 (métalliques et polymères) qui doivent dans leur ensemble être capable de supporter des températures entre -150°C et 280°C, une dose de radiation jusqu'à 200 MRad, une tension de fonctionnement jusqu'à 5 000 volts. De plus, le câble doit répondre aux normes de dégazage du domaine spatial mais aussi garder une certaine flexibilité en particulier pour voir supporter des mouvements mécaniques de flexions de faible amplitude pendant son fonctionnement (entre 1 et 20° par exemple). Il est en particulier difficile de trouver un matériau isolant permettant de répondre à ces exigences extrêmes. En effet les matériaux polymères sont très sensibles aux températures élevées. 10 Certains matériaux thermodurcissables comme les élastomères et les silicones sont capables de supporter de hautes températures, mais ils ne répondent pas à toutes les exigences et plus particulièrement à celles concernant le dégazage et les basses températures (entre -50°C et -150°C). En outre bien que les résines thermodurcissables polyimides soient en générale 15 également résistantes à de hautes températures et à des conditions extrêmes, elles sont difficiles à mettre en oeuvre pour fabriquer un câble. En effet, pour des fils à partir d'un certain diamètre, elles ne sont utilisables que sous forme rubanés afin d'avoir suffisamment de cohésion avec le conducteur central et donc d'éviter le délaminage lors de l'utilisation du câble, il est en général nécessaire de 20 leur adjoindre un adhésif ou un revêtement qui lui-même ne résiste pas à ces conditions extrêmes. Les ultra polymères, en particulier en thermoplastique, ont un excellent comportement électrique et mécanique, mais sont limités en température à 260°C. La résistance aux radiations étant une propriété intrinsèque du matériau, 25 certains thermoplastiques de haute performance sont connus pour avoir une bonne résistance aux rayonnements ionisants. Toutefois, ils font aussi souvent preuves d'une rigidité importante avec des risques de fragilité lorsqu'ils sont exposés à des températures très basses. Parmi ceux-ci, il est connu que les résines thermoplastiques du type 30 Polyetheréthercétone peuvent résister à des températures pouvant aller jusqu'à 260 °C d'après les indications des fabricants.

Ainsi, la demande de brevet EP 0 197 227 décrit un câble électrique notamment pour usage aérospatial dont le matériau isolant peut-être à base de Polyétheréthercétone. Toutefois il est à remarquer que le câble décrit dans ce document peut être revêtu par un vernis qui ne résiste pas à des températures pouvant aller jusqu'à 280 °C. En effet comme indiqué dans ce document page 4 ligne 2, la couche de vernis ne doit résister qu'à une température d'au plus 150 °C. En outre le câble comporte une deuxième couche isolante à base de bande de résines polyimide rubané. Pour permettre le collage des couches de la bande entre elles, cette couche est muni d'un revêtement thermoplastique de copolymères d'éthylène et de propylène fluoré (page 4, ligne 14 - 16) .Or ce type de matériau ne résiste pas aux radiations. Par ailleurs les inventeurs ont découvert que les résines polyetheréthercétone décrites dans ce document et polyéthercétonecétone extrudées ou sous forme de revêtement n'avaient pas une tenue thermique suffisante à 280 °C ou ne présentaient pas une tenue mécanique suffisante après vieillissement thermique à de telles températures. Pour toutes ces raisons le câble électrique décrit dans ce document n'était pas utilisable dans des conditions extrêmes, en particulier de hautes températures. Le besoin demeure donc de pouvoir fabriquer un câble électrique haute tension résistant à de telles conditions extrêmes. De façon surprenante, l'inventeur a découvert que certains matériaux isolants appartenant pourtant à la même famille que les résines thermoplastiques polyétheréthercétone et polyéthercétonecétone, pouvaient être utilisés dans des câbles haute-tension destinés à des conditions extrêmes sans défaillance électrique. L'inventeur a également découvert que pour obtenir les propriétés !es plus intéressantes le conducteur central devait être fabriqué dans un matériau conducteur particulier revêtu de nickel. Ce revêtement pouvait être d'une épaisseur bien plus faible que celle préconisée habituellement tout en offrant une protection efficace contre la corrosion pour une utilisation pouvant aller jusqu'à 0° C. Cette faible épaisseur évite donc une perte de conductivité trop importante du matériau conducteur en particulier lorsque ce dernier est sous forme d'alliage. Enfin l'inventeur a découvert une construction particulièrement intéressante du câble haute tension électrique, en particulier en utilisant un isolant multicouche, qui lui permet d'être le plus performant dans les conditions extrêmes. La présente invention concerne donc un câble électrique haute tension comprenant un conducteur central en cuivre revêtu de nickel ou alliage de cuivre 10 revêtu de nickel et au moins une couche principale d'un matériau isolant disposée autour du conducteur central, ladite couche de matériau isolant étant formée par un thermoplastique extrudé choisi parmi les polyéthercétones, les polyéthercétoneéthercétonecétones et leurs mélanges. 15 Au sens de la présente invention on entend par câble haute-tension, un câble capable de supporter des tensions supérieures à 1000V en courant alternatif ou à 1600V en courant continu, sans dépasser les 50 000 V. Avantageusement le câble est capable de supporter des tensions supérieures à 3500V (moyenne tension), plus avantageusement une tension inférieure à 10 000 V, encore plus 20 avantageusement une tension d'environ 5000V. Le conducteur central ou âme conductrice doit remplir les exigences de conductivité combinées à la résistance thermique. Le but du conducteur est de permettre le passage d'une quantité importante d'électricité caractérisée par un ampérage élevé. En effet dans le cadre de la présente invention le conducteur 25 peut recevoir une tension pouvant aller jusqu'à 5 kV et un ampérage pouvant aller jusqu'à 12 A. Le câble selon l'invention devant présenter une masse la plus optimisée possible, il n'est pas possible d'utiliser des matériaux de trop faible conductivité qui nécessiterait donc de surdimensionner le conducteur central. Ainsi seul le cuivre et les alliages de cuivre remplissent ces exigences. En effet, 30 d'autres métaux tels que le nickel seul par exemple, malgré leur excellente résistance thermique, ne peuvent être utilisés dans le câble selon l'invention en raison de leur très faible conductivité électrique. L'aluminium quant à lui est un métal de poids faible, mais inutilisable pour une utilisation à des températures élevées en raison du taux d'allongement important à partir de 260°C. Par ailleurs, ce matériau se caractérise par une conductivité très faible (25-30% de l'IACS, (International Annealed Copper Standard, l'unité de conductivité électrique pour les métaux et alliage dont la référence est celle du cuivre : 100% d'IACS. Ainsi la valeur TACS de 100% correspond à une conductivité de 5,8MS/m)) et montre des difficultés à être connecté. L'alliage de cuivre doit bien sûr répondre aux nouvelles normes 10 environnementales telles que celles de la directives Européenne RoHS (2002/95/CE) révisée en 2011. Avantageusement l'alliage de cuivre comprend au moins un élément allié choisi parmi le fer, le chrome non héxavalent, l'étain, le magnésium, le zirconium et leur mélange, en particulier le chrome, le zirconium et leur mélange, particulièrement un mélange de chrome et zirconium. De façon 15 avantageuse, l'alliage de cuivre est exempt de cadmium, cobalt, plomb, béryllium et/ou mercure. De façon encore plus avantageuse, il comprend entre 0 et 1,5 % en poids de fer, entre 0 et 1 % en poids de chrome non héxavalent, entre 0 et 0,5 % en poids d'étain, entre 0 et 1% en poids de zirconium et entre 0 et 0, 5 % en poids de magnésium par rapport au poids total de l'alliage et est exempt de 20 cadmium, cobalt, plomb, béryllium et Mercure. Encore plus avantageusement, l'alliage de cuivre est un alliage de cuivre haute performance comprenant du chrome en une teneur pouvant aller jusqu'à 1% et du zirconium en une teneur pouvant aller jusqu'à 1% commercialisé par la société Fisk Alloy sous la dénomination PerconTM 24. 25 Le cuivre et les alliages de cuivre présentent l'inconvénient d'être très sensibles à l'oxydation. Il est donc nécessaire de les revêtir par un revêtement résistant à l'oxydation par des moyens chimiques ou électrolytiques bien connus de l'homme du métier. Le nickelage est de manière privilégiée un des revêtements capable de supporter 30 de hautes températures tout en gardant de bonnes propriétés mécaniques. En effet, un revêtement argent s'affaiblit s'il est exposé pendant une longue période à des températures élevées. Après 100h, l'argent commence à s'oxyder dans la zone interfaciale. Après 2000h, la couche d'oxydation a grandi et l'argent restant forme des coalescences. Le cuivre ou l'alliage de cuivre doit donc être revêtu de nickel afin d'éviter la corrosion.

Malheureusement le nickel (25% LACS) a un impact sur la conductivité du conducteur, en particulier lorsque ce dernier est un alliage de cuivre qui par définition a déjà une conductivité plus faible que le cuivre pur. Il a été découvert de façon surprenante par 'Inventeur que le meilleur compromis entre prévention de la corrosion (qui est particulièrement importante au niveau des utilisations dans l'aérospatiale en raison de la présence d'oxygène atomique), et conductivité est une épaisseur de revêtement de nickel sur le conducteur central comprise entre 7 et 11 % en poids, avantageusement 10 % en poids selon la norme ASTM B355. Dans l'art antérieur on privilégiait plutôt un revêtement d'au moins 27 % en poids. En effet, pendant une exposition prolongée à de hautes températures, il y a une migration du nickel dans le cuivre. Cette migration peut entraîner une réduction de la couche de nickel et ainsi exposer le conducteur à des risques d'oxydation. Avantageusement le conducteur central est en alliage de cuivre revêtu de nickel, ledit alliage comprenant avantageusement entre 0 et 1,5 % en poids de fer, entre 0 et 1 % en poids de chrome non héxavalent, entre 0 et 0,5 % en poids d'étain, entre 0 et 1% en poids de zirconium et entre 0 et 0, 5 % en poids de magnésium par rapport au poids total de l'alliage et est exempt de cadmium, cobalt, plomb, béryllium et Mercure en particulier un alliage de cuivre haute performance comprenant du chrome en une teneur pouvant aller jusqu'à 1%en poids et du zirconium en une teneur pouvant aller jusqu'à 1% en poids commercialisé par la société Fisk Alloy sous la dénomination PerconTM 24. Le conducteur central peut se composer de un ou plusieurs brins, avantageusement de plusieurs brins. En effet l'utilisation de plusieurs brins permet d'obtenir différentes constructions qui peuvent améliorer la flexibilité du câble final. Le nombre de brins a également un impact sur la conductivité électrique en général : plus un conducteur contient de brins, meilleur est son comportement mécanique (en particulier la résistance aux cycles de fatigue et la flexibilité) mais ses performances électriques sont un peu diminués. En outre, le mode d'assemblage des brins qui forment le conducteur final peut avoir un certain impact sur les phénomènes électriques impliqués dans la haute tension (surtout en terme de génération d'effet corona). En général si le conducteur central n'est pas mono brin, il peut contenir 7, 19, 27, 37, 45, et 61 brins et 7*7. Avantageusement le conducteur central selon la présente invention contient 19 ou 37 brins, encore plus avantageusement 19 brins. Suivant le nombre de brins, les assemblages suivants peuvent être utilisés : tordons, concentriques (en particulier 19, 61 ou 37 brins), Equilay, semiconcentriques, Unilay (en particulier 19 brins) ou Ropelay (en particulier pour-7 * 7 brins). Avantageusement le conducteur central contient 19 brins assemblés en Unilay ou 37 brins assemblés en concentriques. Ces deux constructions montrent une résistance améliorée au vieillissement thermique à court et à long terme. Encore plus avantageusement le conducteur central contient 19 brins assemblés en Unilay. En effet dans ce dernier cas, la durée de vie de la flexibilité du câble est améliorée et l'effet corona est diminué de par la construction géométrique du conducteur s'approchant d'un cercle parfait. . Ainsi dans un mode de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention le conducteur central est en alliage de cuivre, en particulier PerconTm 24 commercialisé par Fisk Alloy, revêtu de 10 % de nickel selon la construction 19 brins assemblée en Unilay. Cette construction se caractérise par une très bonne conductivité (>70% IACS). Dans un mode de réalisation avantageuse le conducteur central a une section comprise entre 0,05 et 22 mm2, avantageusement entre 0,5 et 4,5 mm2, plus avantageusement entre 3,5 et 4,4 mm2, encore plus avantageusement entre 3,8 et 4,1 mm2. Ceci permet au câble de garder une certaine flexibilité tout en ayant la conductivité nécessaire.

Ainsi en moyenne, le conducteur central a une section de 3,9 mm2. Avantageusement le conducteur central peut supporter une exposition continue à des températures supérieures à 300 °C sans subir de fluage et en gardant d'excellentes propriétés mécaniques et une très bonne conductivité. Le matériau isolant utilisé pour la fabrication de câbles électriques haute tension est un matériau diélectrique c'est-à-dire qui ne conduit pas l'électricité. La fonction principe du diélectrique est de maintenir les performances d'isolation 10 électrique entre le conducteur principal du câble et les éléments conducteurs (au potentiel de terre) pendant une durée de temps défini et dans un environnement défini. Dans le cadre de la présente invention, la couche principale de matériau isolant disposée autour du conducteur central est formée par un thermoplastique 15 extrudé choisi parmi les polyéthercétones ou PEK (plus particulièrement le PEEK HT G22 fabriqué par la société Victrex), les polyéthercétoneéthercétonecétones ou PEKEKK (plus particulièrement la référence PEEK ST G45 fabriqué par la société Victrex) et leur mélange. Avantageusement il s'agit d'un polyéthercétoneéthercétonecétone et en particulier celui vendu par la société 20 Victrex sous la dénomination PEEK ST G45. En effet, les polyéthercétoneéthercétonecétone ont une résistance aux températures élevées un peu plus importantes que les polyéthercétones. En outre ils sont plus faciles à mettre en oeuvre. Bien que ces matériaux soient indiqués par les fabricants comme ne pouvant être 25 utilisés qu'à une température maximale de 250 °C, l'inventeur a découvert de façon surprenante qu'ils pouvaient être utilisés dans le cas de la présente invention jusqu'à une température d'au moins 280 °C. En outre l'inventeur a mis en évidence que lorsqu'ils étaient utilisés en tant que couche de matériau isolant principal dans la fabrication d'un câble électrique 30 haute tension, ces matériaux étaient capables de résister jusqu'à des contraintes thermiques de : 2982993 - 10 - 280 °C pendant 2000 heures pour des applications statiques ou pour des mouvements de pliage de faible amplitude (entre +/- 1° et +/-10°). - 280°C pendant 500 heures pour des applications dynamiques demandant des pliages mécaniques de grande amplitude (jusque +/-90°).

Ceci est tout à fait surprenant puisque des polymères thermoplastiques appartenant à la même famille telle que les polyéthercétonecétone (PEKK) et les polyétheréthercétone (PEEK) qui d'après les fabricants peuvent être également utilisé à une température maximale de 250 °C se sont avérés posséder une tenue thermique insuffisante (Polyétheréthercétone tel que par exemple le PEEK 151G commercialisés par la société Victrex) ou une tenue mécanique après vieillissement thermique insuffisante (Polyéthercétonecétone tel que par exemple la référence OXPEKK C-E commercialisée par la société Arkema) lorsqu'ils se trouvaient sous forme extrudée ou même un sous forme de revêtement (revêtement de Polyétheréthercétone) ce qui provoque l'apparition de craquelures qui nuisent donc à leur rôle d'isolant. Avantageusement, la couche principale de matériau isolant a une épaisseur comprise entre 0,1 et 3 mm, avantageusement entre 0,15 et 2mm, plus avantageusement entre 0,2 et 1,5 mm, encore plus avantageusement l'épaisseur est de 1 mm. Cette épaisseur est suffisante pour isoler le conducteur central tout en n'étant pas trop épaisse pour que le câble puisse garder une certaine flexibilité. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, le câble selon l'invention comprend une couche de matériau isolant supplémentaire autour de la couche principale de matériau isolant, ladite couche de matériau isolant supplémentaire étant formée par un polymère thermodurcissable résistant à des températures pouvant aller jusqu'à 280°C, particulier un polymère thermodurcissable polyimide ou polybenzimidazole. Dans le cas des polybenzimidazole, la couche de matériau est avantageusement sous forme de film. Dans le cas des polyimides, la couche est avantageusement sous forme de ruban. De façon avantageuse, la couche de matériau isolant supplémentaire est en polyimide sous forme de ruban. En effet, l'inventeur a découvert que cette couche supplémentaire de matériau isolant permettait d'éviter les problèmes qui peuvent exister à l'interface polymère/métal lorsque le câble est entouré par un matériau de blindage métallique. En effet les différences de conductivité thermique entre un composant métallique et un matériau isolant thermoplastique qui sont tous les deux en contact proche peuvent créer des contraintes locales qui peuvent favoriser la formation de craquelures. Ces craquelures peuvent entraîner une rupture diélectrique en contribuant au phénomène tel que l'arborescence électrique. Puisque la chaleur vient principalement de l'extérieur, en particulier lorsque le câble est destiné à être utilisé près d'un moteur, cette couche supplémentaire de matériau isolant doit plutôt être située autour de la couche principale de matériau isolant, et en particulier entre la couche principale de matériau isolant et la couche externe de matériau de blindage. Dans le cadre de la présente invention le polyimide, en particulier sous forme rubané, ne contient aucun adhésif, la cohésion de cette couche avec le conducteur central étant assurée par le matériau principal isolant thermoplastique. Avantageusement le polyimide est un polyimide rubané vendu par la société Dupont De Nemours sous la dénomination Kapton HN, en particulier Kapton 200H. Avantageusement la couche de matériau isolant supplémentaire comprend entre une et quatre couches polyimide rubané enroulé, avantageusement deux ou trois couches de polyimide rubané, encore plus en avantageusement 2 couches de polyimide rubané, avec un recouvrement compris entre 25 et 75 %, avantageusement de 50 %. De façon avantageuse la couche de matériau isolant supplémentaire comprend deux couches de polyimide rubané avec un recouvrement de 50 %, en particulier celui commercialisé par la société Dupont De Nemours sous la dénomination Kapton HN, en particulier Kapton 200H.

Avantageusement la couche de matériau isolant supplémentaire a une épaisseur comprise entre 15 et 75 pm, plus avantageusement entre 20 et 60 pm, encore plus avantageusement entre 25 et 50 pm, en particulier d'environ 50 pm. Dans un troisième mode de réalisation d'invention, le câble selon la présente invention comprend une couche externe de matériau de blindage métallique, avantageusement fabriqué dans le même matériau que le conducteur central. La couche externe de matériau de blindage métallique permet de traiter les problèmes causés par les interférences électromagnétiques. Il est donc avantageux d'ajouter une telle couche au câble selon la présente invention. Il existe une grande variété de modèles et configurations de matériau de blindage. Cette couche peut en particulier être tressée, enroulée sous forme de feuilles, une combinaison de feuilles et de tressage ou sous forme hélicoïdale. Avantageusement, la couche externe de matériau de blindage métallique du câble selon l'invention est tressée. En effet, l'inventeur a découvert que cette configuration permettait un blindage très efficace, en particulier en tant que bouclier contre les radiations, tout en maintenant une flexibilité suffisante pendant sa durée de vie. Le matériau de blindage métallique à utiliser pour réaliser cette couche externe doit en effet être un bon bouclier contre les radiations. La meilleure solution de matériau métallique à utiliser pour fabriquer cette couche externe de blindage doit être un compromis entre de bonnes propriétés mécaniques, en particulier en ce qui concerne le pliage et la flexibilité, et une bonne efficacité en tant que blindage, en particulier en tant que barrière contre les radiations. Il peut en particulier s'agir de cuivre revêtu de nickel ou d'un alliage de cuivre revêtu de nickel. Avantageusement il s'agit d'un alliage de cuivre revêtu de nickel. L'alliage de cuivre doit bien sûr répondre aux nouvelles normes environnementales telles que celles de la directives Européenne RoHS (2002/95/CE) révisée en 2011. Avantageusement l'alliage de cuivre comprend au moins un élément allié choisi parmi le fer, le chrome non héxavalent, l'étain, le magnésium, le zirconium et leur mélange, en particulier le chrome, le zirconium et leur mélange, particulièrement un mélange de chrome et zirconium. De façon avantageuse, 2 982 993 13 l'alliage de cuivre est exempt de cadmium, cobalt, plomb, béryllium et/ou Mercure. De façon encore plus avantageuse, il comprend entre 0 et 1,5 % en poids de fer, entre 0 et 1 % en poids de chrome non héxavalent, entre 0 et 0,5 % en poids d'étain, entre 0 et 1% en poids de zirconium et entre 0 et 0, 5 % en 5 poids de magnésium par rapport au poids total de l'alliage et est exempt de cadmium, cobalt, plomb, béryllium et Mercure. Encore plus avantageusement, l'alliage de cuivre et un alliage de cuivre haute performance comprenant du chrome en une teneur pouvant aller jusqu'à 1% et du zirconium en une teneur pouvant aller jusqu'à 1% commercialisé par la société Fisk Alloy sous la 10 dénomination PerconTM 24. De façon avantageuse, l'épaisseur de revêtement de nickel est comprise entre 7 et 11 % en poids, avantageusement 10 % en poids selon la norme ASTM B355. Avantageusement le matériau de blindage est le même matériau que celui du conducteur central ce qui permet d'obtenir une couche de blindage ayant une 15 bonne tenue en température et une bonne conductivité pour la mise à la masse. Dans un quatrième mode de réalisation de l'invention une couche de matériau isolant intermédiaire est intercalée entre le conducteur central et la couche principale de matériau isolant, ladite couche de matériau isolant intermédiaire 20 étant formée par un polymère thermodurcissable résistant à des températures pouvant aller jusqu'à 280°C, en particulier un polymère thermodurcissable polyimide ou polybenzimidazole. Dans le cas des polybenzimidazole, la couche de matériau est avantageusement sous forme de film. Dans le cas des polyimides, la couche est avantageusement sous forme de ruban. De façon avantageuse, la 25 couche de matériau isolant supplémentaire est en polyimide sous forme de ruban. En effet, puisque le câble est un câble haute tension, il est possible qu'il y ait une forte augmentation de la température au niveau du conducteur central lors de son utilisation à des intensités élevées. Or, comme indiqué ci-dessus, les différences de conductivité thermique entre un composant métallique et un 30 matériau isolant thermoplastique qui sont tous les deux en contact proche peuvent créer des contraintes locales qui peuvent favoriser la formation de craquelures. Ces craquelures peuvent entraîner une rupture diélectrique en contribuant au phénomène tel que l'arborescence électrique. Cette couche intermédiaire de matériau isolant thermodurcissable permet d'éviter ce type de problème.

Dans le cadre de la présente invention le polyimide, en particulier sous forme rubané, ne contient aucun adhésif, la cohésion de cette couche intermédiaire avec le conducteur central étant assurée par le matériau principal isolant thermoplastique. Avantageusement le polyimide est un polyimide rubané vendu par la société Dupont De Nemours sous la dénomination Kapton HN, en particulier Kapton 100H. Avantageusement la couche de matériau isolant intermédiaire comprend entre une et quatre couches de polyimide rubané enroulé, avantageusement deux ou trois couches de polyimide rubané, encore plus en avantageusement 2 couches de polyimide rubané, avec un recouvrement compris entre 25 et 75 %, avantageusement de 50 Vo. De façon avantageuse la couche de matériau isolant intermédiaire comprend deux couches de polyimide rubané avec un recouvrement de 50 %, en particulier celui commercialisé par la société Dupont De Nemours sous la dénomination Kapton HN, en particulier Kapton 100H. Avantageusement la couche de matériau isolant intermédiaire a une épaisseur comprise entre 15 et 75 pm, plus avantageusement entre 20 et 60 pm, encore plus avantageusement entre 25 et 50 pm, en particulier d'environ 25 pm. Dans un cinquième mode de réalisation de l'invention la couche intermédiaire de matériau isolant et la couche supplémentaire de matériau isolant sont toutes les deux présentes dans le câble selon la présente invention afin d'éviter les problèmes de rupture diélectrique, que la température vienne de l'extérieur ou de l'intérieur du conducteur. En effet, l'inventeur a découvert que cette construction était piu avantageuse pour éviter les ruptures diélectriques à très aute température.30 Avantageusement la couche intermédiaire de matériau isolant et la couche supplémentaire de matériau isolant sont fabriquées à l'aide du même matériau isolant, en particulier du polyimide. De façon avantageuse elles ont des épaisseurs différentes, la couche supplémentaire ayant une épaisseur supérieure à la couche intermédiaire. Avantageusement l'épaisseur de la couche intermédiaire est de 25 pm et l'épaisseur de la couche supplémentaire est de 50 pm. Dans un sixième mode de réalisation de l'invention le câble comprend le 10 conducteur central, la couche intermédiaire de matériau isolant disposée autour du conducteur central, la couche principale de matériau isolant disposée autour de la couche intermédiaire, la couche supplémentaire de matériau isolant disposée autour de la couche principale et la couche externe de matériau de blindage disposée autour de la couche supplémentaire. 15 Dans un septième mode de réalisation de l'invention, le câble selon l'invention comprend une couche semi conductrice intermédiaire intercalée entre la couche principale de matériau isolant ou la couche de matériau isolant supplémentaire si cette dernière est présente et la couche externe de matériau de blindage. 20 Cette couche semi conductrice a pour but d'évacuer les décharges électrostatiques dues à la friction entre la couche de blindage et la ou les couches de matériau isolant, afin qu'elles n'atteignent pas le conducteur central. Cette couche permet donc en particulier d'améliorer la durée de vie du câble à haute tension. Sans cette couche, le câble selon la présente invention a déjà une 25 bonne durée de vie. Cependant cette couche présente un avantage supplémentaire. Le matériau utilisé pour cette couche semi conductrice doit avoir une excellente élasticité de façon à pouvoir suivre le mouvement du câble mais sans quitter l'isolant. Il est en général fabriqué à partir d'un matériau polymère chargé avec 30 une charge conductrice. Comme précédemment cette couche semi conductrice doit résister aux conditions extrêmes d'utilisation du câble et donc le matériau polymère dont elle est faite doit en particulier résister à de très hautes températures. Cette couche peut être fabriquée en polymère thermodurcissable ou en polymère thermoplastique résistant à de très hautes températures. Avantageusement la couche semi conductrice est un ruban polyimide chargé dans la masse par une charge avantageusement choisie parmi le noir de carbone ou des nanotubes de carbone. Il peut s'agir en particulier du matériau vendu par la société Dupont De Nemours sous la dénomination Kapton 100XC10E5 ou Kapton 100XC10E7. Ainsi, dans ce mode particulier de réalisation de l'invention, le câble selon l'invention comprend -soit le conducteur central, la couche principale de matériau isolant disposée autour du conducteur, la couche semi conductrice intermédiaire et la couche externe de matériau de blindage disposée autour de la couche semi-conductrice ; -soit le conducteur central, la couche intermédiaire de matériau isolant disposée autour du conducteur central, la couche principale de matériau isolant disposée autour de la couche intermédiaire, la couche semi conductrice intermédiaire et la couche externe de matériau de blindage disposée autour de la couche semiconductrice ; -soit le conducteur central, la couche principale de matériau isolant disposée autour du conducteur central, la couche supplémentaire de matériau isolant disposée autour de la couche principale, la couche semi conductrice intermédiaire et la couche externe de matériau de blindage disposée autour de la couche semiconductrice ; -soit le conducteur central, la couche intermédiaire de matériau isolant disposée autour du conducteur central, la couche principale de matériau isolant disposée autour de la couche intermédiaire, la couche supplémentaire de matériau isolant disposée autour de la couche principale, la couche semi conductrice intermédiaire et la couche externe de matériau de blindage disposée autour de la couche semiconductrice. Cette dernière configuration est particulièrement avantageuse. 2 982 993 17 Le câble selon la présente invention est apte à supporter pendant au moins 2000 heures sans défaillance électrique : - des températures en fonctionnement comprises entre -50 °C et 280 °C, - des températures au repos comprises entre -100 et 280 °C, 5 - une dose de radiation pouvant aller jusqu'à 1000 Megarads, avantageusement pouvant aller jusqu'à 200 Megarads, - une tension de fonctionnement pouvant aller jusqu'à 10000 V avantageusement jusqu'à 5000V et - en fonctionnement des mouvements mécaniques de flexions d'une amplitude 10 comprise entre 1 et 20°. Le câble selon la présente invention est fabriqué par des techniques bien connues de l'homme du métier. En particulier la couche principale d'isolation et extrudée autour du conducteur central ou de la couche intermédiaire de matériau 15 isolant si cette dernière est présente. Avantageusement la couche intermédiaire de matériau isolant, lorsqu'elle est présente, est enroulée autour du conducteur central. De même, avantageusement, la couche supplémentaire de matériau isolant, lorsqu'elle est présente, est enroulée autour de la couche principale de matériau isolant. Il en 20 est de même pour la couche semi-conductrice lorsqu'elle est présente qui est enroulée au tour de la couche supplémentaire. Enfin, la couche externe de blindage métallique est avantageusement tressée sur le câble. 25 La présente invention concerne en outre l'utilisation du câble selon la présente invention dans fe domaine pétrolier, en particulier pour les équipements de prospection, de l'aérospatiale, du nucléaire en particulier pour les zones proches du réacteur, de la recherche scientifique nécessitant des conditions extrêmes, de la recherche pétrolière, de l'aéronautique et/ou du domaine militaire. 30 La présente invention sera mieux comprise en référence aux figures et aux exemples qui suivent. La figure 1 représente en perspective éclatée le premier mode de réalisation du câble selon l'invention.

La figure 2 représente en perspective éclatée le troisième mode de réalisation du câble selon l'invention. La figure 3 représente en perspective éclatée le sixième mode de réalisation du câble selon l'invention. La figure 4 représente en perspective éclatée le septième mode de réalisation du câble selon l'invention. Le câble selon l'invention illustré à la figure 1 comporte la couche principale du matériau isolant (2) en matériau thermoplastique extrudée autour du conducteur central (1) en alliage de cuivre commercialisé par la société Fisk Alloy sous la dénomination Percon 24 revêtus par 10 % de nickel et ayant la configuration Unilay 19 brins. Le câble selon l'invention illustré à la figure 2, comporte la couche principale du matériau isolant (2) en polymère polyéthercétoneéthercétonecétone commercialisé par la société Victrex sous la dénomination PEEK STG 45 extrudée autour du conducteur central (1) en alliage de cuivre commercialisé par la société Fisk Alloy sous la dénomination Percon 24 revêtus par 10 % de nickel de configuration Unilay 19 brins. Il comporte en outre la couche supplémentaire (3) de matériau isolant thermodurcissable polyimide commercialisé par la société Dupont De Nemours sous la dénomination Kapton 200H qui est enroulée autour de la couche principale de matériau isolant (2) et la couche externe de blindage (5) en alliage de cuivre commercialisé par la société Fisk Alloy sous la dénomination Percon 24 revêtus par 10 % de nickel tressée autour de la couche supplémentaire de matériau isolant (3). Le câble selon l'invention illustré à la figure 3 comporte outre les couches présentes dans le câble illustré à la figure 2, la couche intermédiaire de matériau isolant (4) thermodurcissable polyimide commercialisée par la société du Pont de 2 982 993 19 Nemours sous la dénomination Kapton 100H enroulée autour du conducteur central (1). La couche principale du matériau isolant (2) en polymère polyéthercétoneéthercétonecétone commercialisé par la société Victrex sous la dénomination PEEK STG 45 est ainsi extrudée autour de cette couche 5 intermédiaire (4). Enfin, le câble selon l'invention illustré à la figure 4 comporte outre les couches présentes dans le câble illustré à la figure 3, la couche de matériau diélectrique (6) disposée autour de la couche supplémentaire (3), la couche de blindage (5) étant tressée sur cette couche de matériau diélectrique (6). 10 Exemple 1 : sélection et évaluation du matériau du conducteur central Pour choisir le matériau du conducteur central les tests ont été effectués sur une configuration mono brin. Les matériaux testés étaient soit du cuivre soit un alliage de cuivre particulier (le Percon 24 commercialisés par la société Fisk Alloy) 15 avec différentes épaisseurs de revêtement de nickel. On retrouve ces différents matériaux dans le tableau 1 ci-dessous : Tableau 1: matériaux testés en mono brin 2401 0,163 0,511 % Ni Cuivre revêtu de nickel (NPC) AWG 2401 2401 2401 2401 Matériau Percon 24 Percon 24 Percon 24 Cuivre revêtu de nickel (NPC) Revêtement 27 % Ni 10 % Ni 7 0/0 Ni 27 % Ni Diamètre (mm) 0,511 0,511 0,511 0,511 Section (mm2) 0,163 0,163 0,163 0,163 2 982 993 20 Les tests suivants ont été mis en oeuvre afin de choisir le matériau le plus adapté : test de caractérisation mécanique (mesure des dimensions (D), résistance à la flexion alternée (RFA) selon la norme ASTM B470, allongement et charge de rupture (A&CR) selon la norme FED STD 228 Méthode 3211 et section 5 métallographique (SM) selon la norme ESCC 3901) et électrique (résistance linéaire (RL) selon la norme ASTM B193), test critique thermique (stabilité thermique (ST) qui correspond au vieillissement à court terme, vieillissement thermique (VT) qui correspond au vieillissement à long terme). Pour la caractérisation thermique, les tests mécaniques et électriques sont mis en oeuvre 10 après stockage des matériaux à une température donnée pendant un temps donné et les résultats sont comparés avec ceux obtenus initialement afin de vérifier si ces caractéristiques ont été modifiées. Les résultats des tests sont rassemblés dans le tableau 2 ci-dessous : 15 Tableau 2 : résultats des tests Type de test Conditions requises Résultats D 0,511 mm +/- 0,005 27%Ni Percon24 : 0,508 100/0Ni Percon24 : 0,507 7 % Ni Percon 24 : 0,513 NPC 27% Ni : 0,513 NPC 1,5 % Ni : 0,508 RL 27%Ni Percon24 : 136,5Q/km +/- 10% 27%Ni Percon24 : 135,23 Q/km 100/0Ni Percon24 : 109,59 Q/km 7 % Ni Percon 24 : 102,56 Q/km NPC 27% Ni : 107,79 Q/km NPC 1,5 % Ni : 87,36 Q/km 100/0Ni Percon24 : 109,73Q/km+/- 10% 7 % Ni Percon 24 : 110 Q/km +1- 10% NPC 27% Ni : 120 Q/km maxi NPC 1,5 % Ni : 88 Q/km +7-10% A&CR 27%Ni Percon24 : 450 i'lPa & 6% mini 27%Ni Percon24 : 534,57 MPa & 7,02% 2 982 993 21 100/0Ni Percon24 : 414 MPa & 6% mini 7 % Ni Percon 24 : 100/0Ni Percon24 : 557,83MPa. 4,34% 7 % Ni Percon 24 : 476,11MPa 414 MPa & 6% mini 7,66% NPC 27% Ni : NPC 27% Ni : 301,92MPa & 270MPa & 15%mini 26,25% NPC 1,5 % Ni : NPC 1,5 % Ni : 261,17MPa & 250MPa & 20%mini 26,47% RFA environ 100 cycles 27%Ni Percon24 : environ 116 cycles 100/0Ni Percon24 : environ 67 cycles 7 0/0 Ni Percon 24: environ 67 cycles NPC 27% Ni : environ 43 cycles NPC 1,5 % Ni : environ 35 cycles ,-11 -^-^-^-- - ...- .^,. .... - - 0r41 ercon : épaisseur 40pm mini 100/0Ni Percon24 : épaisseur 12,01pm mini 7 %Ni Percon24 : épaisseur 8,14pm mini NPC 270/0 Ni : épaisseur 40pm mini NPC 1,5%Ni : épaisseur 1,27pm mini 270/0Ni Percon24 : 50,43 à pm 100/0Ni Percon24 : 11,54 à 12,48 pm 7 % Ni Percon 24 : 9,52 pm NPC 27% Ni : 43,57 pm NPC 1,5 % Ni : 7,48 pm 0,54 La variation des caractéristiques mécaniques et électriques doivent être inférieures à 10% pour 60 minutes d'exposition à 450°C pour tous les matériaux 27%Ni Percon24 : CR = 0,32% E = 23,29% et LR = -3,33% 100/0Ni Percon24 : CR = -0,74% E = 0,001% et LR = -4,09% 7 % Ni Percon 24 : CR = 1,07% E = -9,14% et LR = -3,84% NPC 27% Ni : CR = 1,87% E = -0,75% et LR = -1,36% NPC 1,5 % Ni : CR = -6,08% -5,64% et LR = -1,86% 2982993 - 22 VT Les échantillons sont exposés pendant 504 heures à 350 °C, puis toutes les 27%Ni Percon24 : D = 0,507mm CR = 528,37 MPa E = 10,45% LR = 128,93 Q/km et RFA = 86 cycles 100/0Ni Percon24 : D = 0,509mm 168 heures des échantillons sont prélevés et testés. Les variations de ces caractéristiques doivent rester CR = 535,5 MPa E = 7,35% LR = inférieures à 10 % 105,21 Q/km et RFA = 75 cycles 7 % Ni Percon 24 : D = 0,513mm CR = 466,41 MPa E = 8,92% LR = 102,74 Q/km et RFA = 67 cycles NPC 27% Ni : D = 0,512mm CR = 316,97 MPa E = 26,95% LR = 116,33 Q/km et RFA = 26 cycles NPC 1,5 % Ni : D = 0,507mm CR = 247,9 MPa E = 24,37% LR = 91,1 Q/km et RFA = 21 cycles Il est à remarquer que le test de résistance à la flexion alternée n'est pas réussi par la majorité des matériaux testés. En réalité ce test n'est pas crucial car les conducteurs vont essentiellement être assemblés en multibrins ayant des 5 propriétés mécaniques plus élevées. L'intérêt de mesurer la résistance à la flexion d'un seul brin est d'évaluer l'influence du vieillissement sur cette caractéristique et donc d'identifier le matériau qui possède la meilleure propriété pour le vieillissement. En conclusion, l'alliage de cuivre Percon 24 revêtu de 27 % de nickel se distingue 10 uniquement des autres matériaux par ses performances de résistance à la flexion alternée qui est 50 fois plus importantes que pour les autres Percon 24 revêtus de nickel. Malheureusement cette performance décroît après 168 heures de vieillissements et tombe jusqu'à n'être que 25 % supérieur par rapport au Percon 24 revêtu de 7 % de nickel et 15 % supérieur par rapport àu Percon 24 revêtu 15 de 10 % de nickel. En conséquence, il ne semble pas y avoir de différence évidente entre les trois matériaux Percon 24. En termes de résistance à la flexion alternée, le cuivre revêtu de nickel semble relativement faible. La résistance à la traction est meilleure pour les séries Percon 2 982 993 23 24 que pour le cuivre revêtu de nickel. Parmi les Percon 24, le Percon 24 revêtu de 10 % nickel et le Percon 24 revêtu de 27 % de nickel sont équivalents en termes de résistance à la traction. En termes d'allongement, il n'y a pas de différences importantes entre les 5 différents Percon 24. Le cuivre revêtu de nickel montre une meilleure résistance linéaire électrique mais le Percon 24 revêtu de 7 % de nickel et le Percon 24 revêtu de 10 % nickel montrent également de bonnes propriétés. Le Percon 24 revêtu de 27 % de nickel montre une importante réduction de sa charge de rupture après exposition à 500 °C. 10 Ainsi il semble que des épaisseurs de revêtement de nickel de 7 ou 10 % soient suffisantes pour garder de bonnes caractéristiques mécaniques. Le meilleur compromis entre ces deux épaisseurs de revêtement semble être l'épaisseur de 10 % de nickel. En effet le Percon 24 revêtu par 10 % nickel montre une forte résistance à la traction et à la flexion alternée combinée à une bonne 15 conductivité. Il diffère donc du Percon 24 revêtus de 7 % nickel en terme de résistance à la traction. Le vieillissement a relativement peu d'influence sur ces propriétés. Ainsi le matériau qui a été utilisé dans le reste des exemples est du Percon 24 revêtu de 10 % nickel commercialisé par la société Fisk Alloy. 20 Exemple 2 : sélection et évaluation de la construction du conducteur central Pour choisir le type de construction du conducteur central des tests ont été effectués sur différentes constructions multi brins. Les matériaux testés étaient 25 en alliage de cuivre Percon 24 commercialisé par la société Fisk Alloy revêtu de 10 % de nickel. On retrouve les différentes constructions testées dans le tableau 3 ci-dessous : 30 Tableau 3 : construction Mufti brin testés AWG Construction Diamètre (mm) Section (mm2) 19 * 0,511 (24) Unilay 2,555 3,89 19 * 0,511 (24) Concentrique 2,555 3,89 7 * 7 * 0,320 Ropelay 2,583 4,073 (28) 37 * 0,361 (27) Concentrique 2,828 3,787 Les mêmes tests que ceux mis en oeuvre afin de choisir le matériau le plus adapté dans l'exemple 1 ont été effectués sur les différentes constructions. Des tests supplémentaires ont été mis en oeuvre : soudabilité (S) selon la norme IEC 68-2-69 ou NF A 89-400, couple de torsion (CT) et élévation de température sous variation d'ampérage (ET). En particulier, pour réaliser le test d'élévation de température sous variation d'ampérage, un échantillon d'l millimètre de long est placé dans un four.

Différents courants sont appliqués sur le câble et l'élévation de température est mesurée à 50 °C, 100 °C, 150 °C, 200 °C, 260 °C et 300 °C avec deux thermocouples fixés sur le câble. Un troisième thermocouple est utilisé pour contrôler la température dans le four. L'élévation de température ne doit pas excéder 10 °C pour un courant appliqué de 6 et 12 A. Ce test permet de caractériser la configuration du conducteur la plus adaptée en termes d'élévation de température induite par le courant. Les résultats des tests sont rassemblés dans le tableau 4 ci-dessous : Tableau 4 résultats des tests Conditions requises Type de test Résultats 0,511 Unilay : 0,511 mm 9 * 0,511 Unilay : 0,539 mm e D o 2 982 993 et 2,55 mm nominal 19*0,511 concentrique : 0,511 mm +/-1% et 2,55 mm nominal 7*7*0,320 ropelay : 0,320 mm +11% et 2,88 mm nominal 37*0,361 concentrique : 0,361 mm +/-1% et 2,527 mm nominal 2,545 mm nominal 19*0,511 concentrique : 0,509 mm et 2,535 mm nominal 7*7*0,320 ropelay : 0,321 mm et 2,845 mm nominal 37*0,361 concentrique : 0,358 mm et 2,528 mm nominal 19 * 0,511 Unilay: 5,95 Q/km maxi 19*0,511 concentrique : 5,95 Q/km maxi 7*7*0,320 ropelay : 5,94 Q/km maxi 37*0,361 concentrique : 6,20 Q/km maxi 19 * 0,511 Unilay : 4,91 Q/km 19*0,511 concentrique : 5,42 Q/km 7*7*0,320 ropelay : 5,42 Q/km 37*0,361 concentrique : 5,60 Q/km RL 19 * 0,511 Unilay : E = 9,217 % et CR= 480,74 MPa 19*0,511 concentrique : E = 9,5024 % et CR= 485,78 MPa 7*7*0,320 ropelay : E = 10,578 % et CR= 457,1 MPa 37*0,361 concentrique : E = 10,02 % et CR= 529,22 MPa A&CR 6% & 450 MPa mini Environ 500 cycles 19 * 0,511 Unilay : 13,2 p nominal 19*0,511 concentrique : 13,2 nominal 7*7*0,320 ropelay : 8,13 p nominal 37*0,361 concentrique : 16,21 19*0,511 Unilay : environ 480 cycles 19*0,511 concentrique : environ 287 cycles 7*7*0,320 ropelay : environ 983 cycles 37*0,361 concentrique : environ 427 cycles 19*0,511 Unilay: 2 , G nominal 19*0,511 concentrique : 18,31 p nominal 7*7*0,320 ropelay 2.-)8 RFA SM 2 982 993 26 nominal nominal 37*0,361 concentrique : 13,94 p nominal ST La variation des caractéristiques 19 * 0,511 Unilay : CR = 0,93 %, E= 7,94 %, LR= 0,20 % mécaniques et électriques doivent être 19*0,511 concentrique: CR = 8,19 %, E = 5,56 %, LR= -0,37 % 7*7*0,320 ropelay : CR = 12 96 %, E = 11,53 %, LR= -0,56 37*0,361 concentrique : CR = 0,90 %, E = 6,97 %, LR= -0,18 0/ inférieures à 10% pour 60 minutes d'exposition à 450°C pour tous les matériaux VT Les échantillons sont exposés pendant 504 heures à 350 °C, puis toutes les 168 heures des échantillons sont prélevés et 19 * 0,511 Unilay : D = testés. Les variations de ces 0,542mm et 2,543 mm nominal caractéristiques doivent rester CR = 474,02 MPa E = 10,85% LR = 5 Q/km et RFA = 581 cycles inférieures à 10 % 19*0,511 concentrique: D = 0,0,510mm et 2,551 mm nominal CR = 507,36 MPa E = 10,07% LR = 5,54 Q/km et RFA = 252 cycles 7*7*0,320 ropelay : D = 0,325mm et 2,849 mm nominal CR = 491,54MPa E = 11,33% LR = 5,7 Q/km et RFA = 737 cycles 37*0,361 concentrique : D = 0,359mm et 2,558 mm nominal CR = 521,14 MPa E = 11,5% LR = 5,8 Q/km et RFA = 318 cycles S Immersion durant 10 secondes à 270°C Conforme aux conditions requises CT Mesure du poids requit pour obtenir un angle de 45° 19*0,511 Unilay : 2,1 kg 19*0,511 concentrique : 2 kg 7*7*0,320 ropelay : 1,1 kg 37*0,361 concentrique : 1,3 kg ET Pas de dommages sur le câble Aucun dommage pour toutes les configurations Finalement les constructions préférées sont les 19*0,511 Unilay et le 37*0,361 concentrique. En effet, en particulier leurs résultats aux tests de résistance à la flexion alternée sont parmi les meilleurs mêmes après vieillissement à haute température.

Ceci n'est pas le cas du 7*7*0,320 ropelay qui présente une importante réduction de la résistance à la flexion alternée après vieillissement même s'il reste le meilleur par rapport aux trois autres constructions. De plus la dégradation de ses propriétés d'allongement est importante après une exposition à court terme à des températures de 450 et 500 °C. En outre cette construction n'est pas de tout à fait adapté pour les applications hautes tension car peut résistante aux décharges corona. La construction 19*0 511 concentrique quant à elle présente une résistance à la flexion alternée la plus faible de toutes les constructions. C'est pour cette raison qu'il ne s'agit pas de la construction préférée.

De même entre la construction 19*0,511 Unilay et 37*0,361 concentrique, la construction 19*0,511 Unilay sera préférée car elle présente une meilleure résistance à la flexion alternée. Dans la suite des exemples, le conducteur aura donc la construction 19 * 0,511 Unilay Exemple 3 : sélection et évaluation de la couche de matériau isolant principale La liste de matériaux potentiels pouvant être utilisés en tant que matériau isolant principal est rassemblé dans le tableau 5 suivant ainsi que les raisons pour lesquelles seuls quatre d'entre eux ont été testés. Tableau 5 : liste potentielle de matériau Types de polymère Matériau Raison du choix Thermoplastique Polyimide thermoplastique (TPI) : AURUM PL450C i Testé commercialisé par la de Non testé car ayant de société du Pont la moins bonnes Nemours caractéristiques que EXTEM XH1005 et I 'AURUM EXTEM XH1015 Non testé car ayant de commercialisés par moins bonnes société Sabic caractéristiques que l'AURUM Polyétheréthercétone Non testé car tenue (PEEK) : PEEK 151G thermique insuffisante et trop rigide. commercialisé par la société Victrex Polyéthercétone (PEK) : PEEK HTG22 Testé commercialisé par la société Victrex Polyéthercétonecétone (PEKK) : la Testé OXPEKK C-E, OXPEKK C et Non testé car tenue OXPEKK CO3DRT thermique insuffisante et trop rigide commercialisés par Non testé car trop société Arkema difficile à mettre en oeuvre Polyethercétoneéthercét onecétone Testé (PEKEKK) : PEEK ST G45 commercialisé par la société Victrex Thermodurcissable Polyimide Non testé car tenue thermique insuffisante Vernis Non testé car le vernis se craquelle lors de simples sollicitation mécaniques polybenzimidazole Revêtement de Non testé car tenue Polyétheréthercétone thermique insuffisante Donc ainsi seuls quatre matériaux ont été testés. Il s'agit uniquement de thermoplastiques. Les tests ont été réalisés sur un câble comme indiqué dans la figure 1, le conducteur central (1) ayant été choisi suite aux tests des exemples 1 et 2 et donc est en Percon 24 revêtu de 10 % de nickel commercialisé par la société Fisk Alloy sous la construction 19*0,511 Unilay et de dimension AWG 1245. Le matériau testé est extrudé pour former la couche principale de matériau isolant (2) d'une épaisseur de 1 mm sur le conducteur central (1). Les tests suivants sont mis en oeuvre sur le câble ainsi obtenu : tests mécaniques standards (inspection visuelle externe selon la norme ESCC 3901 §9.1., mesure de la masse selon la norme ESCC 3901 §9.1., mesure des dimensions selon la norme ESCC 3901 §9.1., allongement et charge de rupture selon la norme FED STD 228 Méthode 3211, dénudabilité selon la norme ESCC 3901 §9.1., retrait de l'isolant à haute température selon la norme ESCC 3901 §9.1.), tests mécaniques spécifiques (tests de caractérisation en mode de déploiement: test de flexion alternée à 180° autour de l'axe X et test de flexion alternée à 135° autour de l'axe Z), tests electriques standards (sparktest en ligne, test de rupture diélectrique, mesure de la résistance d'isolement selon la norme ESCC 3901 2 982 993 30 §9.1.), tests électriques spécifiques (mesure de décharges partielles, test de rupture diélectrique à haute température, résistance aux surintensités), des tests de vieillissement (tests de choc thermique, test de vieillissement thermique sans tension à une température de 280 °C), et d'autres tests tels que le dégazage et l'essai d'enroulement à froid et à température ambiante. Pour la caractérisation thermique, les tests mécaniques et électriques sont mis en oeuvre après stockage des matériaux à une température donnée pendant un temps donné et les résultats sont comparés avec ceux obtenus initialement afin de vérifier si ces caractéristiques ont été modifiées.

10 Le câble dans laquelle la couche d'isolation principale (2) est en matériau AURUM PL450C a été sévèrement affecté durant le test de vieillissement à 280 °C. Les dommages résultent dans un changement de son aspect et l'apparition de plusieurs craquelures. Le matériau devient très cassant. Même une manipulation 15 manuelle peut facilement casser l'isolant. Ce matériau ne peut donc pas servir d'isolant dans le cadre des câbles selon la présente invention. Le matériau OXPEKK C-E était le plus difficile à mettre en oeuvre parmi les quatre matériaux testés. Le câble dans laquelle la couche d'isolation principale (2) est en matériau OXPEKK C-E n'a pas réussi le test d'enroulement à température ambiante. En effet plusieurs craquelures importantes sont apparues suites à la réalisation de ce test. Ce matériau ne peut donc pas servir d'isolant dans le cadre des câbles selon la présente invention. Les deux autres matériaux sont particulièrement intéressants pour la réalisation de câbles selon la présente invention. En effet leurs caractéristiques mécaniques ne sont pas réellement affectées par les phases de vieillissement. Les variations des caractéristiques mécaniques n'excèdent pas 10 à 20%, ce qui n'est pas réellement significatif au vu de la tolérance des mesures de ce type de test. Ces matériaux présentent toujours une bonne flexibilité même après 200 heures de traitement thermique à 280 °C comme démontré par le test d'enroulement. On peut observer une baisse dans l'allongement après un vieillissement thermique à 280 °C ce qui est normal pour un matériau semi cristallin. À 280 °C le matériau atteint son maximum de cristallinité et cette structure est caractérisée par un allongement plus faible. Ces deux matériaux ont donc des comportements mécanique et électrique similaires. Ce sont des matériaux de la même famille et leurs propriétés sont très proches. Leur performance les rend tous les deux utilisables pour fabriquer des câbles selon la présente invention. Aucune dégradation significative n'a été montrée par la mesure de décharges partielles. Ceci est important car cela signifie qu'il n'y a pas de micro craquelures ou de micro défauts qui apparaissent pendant les phases de vieillissement. Finalement ce qui distingue ces deux matériaux est que le PEEK STG 45 à une température de fusion un petit peu plus élevée ce qui le rend plus intéressant pour des applications hautes températures. Cette différence a été observée pendant le test à fort courant où il a été remarqué que le matériau PEEK HT G22 fondait avant le matériau PEEK STG45. Au vu de tous ces éléments, le matériau préféré est donc le PEEK STG45. C'est donc ce matériau qui sera choisi dans le reste des tests et des exemples. Pour mieux caractériser sa résistance à long terme à haute température, un test de vieillissements thermiques pendant 2000 heures à 280 °C a été mis en oeuvre sur ce matériau. On observe que les échantillons deviennent cassant après 1000 heures à une exposition de 280 °C ce qui est montré par les résultats du test d'enroulement. Ces résultats montrent que le matériau après vieillissement (plus de 1000 heures) peut seulement supporter de faibles amplitudes de sollicitations en flexion. Quand il est exposé à de trop fortes amplitudes de flexion, il casse. Électriquement, ce matériau garde toujours des propriétés intéressantes puisque le test de rupture diélectrique est supérieur à 10kV DC à 300 °C. Ces ruptures diélectriques sont plus élevées pour des échantillons âgés de 1500 à 2000 heures que pour ceux âgés de 500 à 1000 heures et ces différences peuvent être expliquées par le fort degré de cristallinité atteint pendant le test de vieillissement. Plus élevée est la cristallinité, plus élevée est la résistance électrique.

2 982 993 32 Exemple 3 : évaluation de la construction finale du câble a - tests préliminaires de sélection de la composition des couches de matériaux isolants Puisque la construction finale du câble comportera un blindage métallique afin 5 d'évacuer les interférences électromagnétiques (EMI), il semble intéressant de rajouter des couches thermodurcissables entre la couche externe de blindage métallique et la couche thermoplastique afin de d'éviter les problèmes qui pourraient apparaître à l'interface métal/polymère à haute température. La question peut également se poser de savoir si une telle couche peut également 10 être présente entre la couche principale de matériau isolant thermoplastique et le conducteur central. Deux configurations and ont été testées : La première est similaire à celle représentée à la figure 2 à l'exception de l'absence de la couche (5) de blindage métallique. La deuxième est similaire à celle représentée à la figure 3 à l'exception également de l'absence de la couche 15 de blindage métallique (5). Dans ces deux configurations le conducteur central (1) est dans l'alliage Percon 24 revêtu de 10 % de nickel commercialisé par la société Fisk Alloy avec la construction 19 * 0,511 Unilay. La couche de matériau isolant principale (2) est en PEEK STG45 extrudée avec une épaisseur de 1 mm.

20 Dans les deux configurations une couche supplémentaire thermodurcissable polyimide (3) en ruban KAPTON 200 HN commercialisé par la société Dupont De Nemours est enroulée sur la couche principale de matériau isolant (2) pour former 2 couches avec un recouvrement de 50 % et présentant une épaisseur de 50 pm.

25 Dans la deuxième configuration, une couche intermédiaire polyimide (4) en ruban KAPTON 100 HN commercialisé par la société Dupont De Nemours est enroulée sur le conducteur central (1) pour former 2 couches avec un recouvrement de 50 % et présentant une épaisseur de. 25 pm. Le test principal mis en oeuvre sur ces deux configurations est le test de rupture 30 diélectrique à haute température. Les résultats de ces tests montrent que la deuxième configuration donne de meilleurs résultats que la première. On a donc 2 982 993 33 gardé cette configuration en y ajoutant la couche de matériau de blindage métallique (5) comme représentée à la figure 3 pour tester la construction du câble final selon la présente invention. 5 b - Evaluation de la construction finale du câble La construction finale testée correspond à celle illustrée à la figure 3. Ainsi elle comporte un conducteur central (1) en alliage de cuivre Percon 24 revêtus de 10 % de nickel commercialisé par la société Fisk Alloy ayant la construction 19 * 0,511 Unilay sur lequel est enroulée une couche intermédiaire 10 polyimide(4) en ruban KAPTON 100 HN commercialisé par la société Dupont De Nemours pour former 2 couches avec un recouvrement de 50 % et présentant une épaisseur de 25 pm. La couche de matériau isolant principale (2) est en PEEK STG45 extrudée avec une épaisseur de 1 mm. Une couche supplémentaire thermodurcissable polyimide (3) en ruban KAPTON 200 HN commercialisé par la 15 société Dupont De Nemours est enroulée sur la couche principale de matériau isolant (2) pour former 2 couches avec un recouvrement de 50 % et présentant une épaisseur de 50 pm. Enfin, une couche de matériau de blindage métallique (5) externe est tissée à base d'alliage de cuivre Percon 24 revêtu de 10 % nickel commercialisé par la 20 société Fisk Alloy, chaque brin ayant un diamètre de 0,127 mm. Plusieurs tests sont mis en oeuvre sur ce câble tels que des tests de vieillissement (cycle thermique sous haute tension (5kV DC) de -80 °C à +180 °C : 100 cycles avec une rampe de température de 2 °C par minute et 1 heure de maintien à chaque plateau, vieillissement thermique sous haute tension (5kV DC) divisé en 25 deux phases : 200 heures à 280 °C et 100 heures à 300 °C, test d'irradiation avec une dose de 200 Mrad à chaque stade du vieillissement : stade initial, après cycle thermique, après vieillissement thermique). Des tests électriques et mécaniques standards (aspect visuel, test de tensions, test d'enroulement, test de flexion à +,1-6°, test de flexion à +/-90°, test de flexion à +/-67°), des tests 30 de résistance diélectrique à haute température (100 °C, 180 °C, 260 °C et 300 °C) et des tests de décharge partielle sont mis en oeuvre à l'état initial et après 2 982 993 34 chaque phase de vieillissement en utilisant le dispositif décrit dans la demande de brevet FR11/60136. Enfin, un test de flexion à froid est mis en oeuvre. Le bilan de ces tests est le suivant : Avant irradiation : les propriétés mécaniques sont conformes. Le test 5 d'enroulement qui est réalisé à chaque phase du vieillissement est toujours conforme et montre que le câble garde ses propriétés mécaniques même après une exposition à 280 °C sous haute tension. Après irradiation : aucune dégradation des propriétés mécaniques ou électriques n'est observée. Le câble garde ses propriétés mécaniques et électriques 10 conformes après un cycle thermique et une phase de vieillissement à 280 °C SOUS haute tension (5 kV). Vieillissement thermique à 300 °C : ce test provoque des dégradations avancées du matériau d'isolation résultant dans des craquelures et un changement prononcé de couleur.

15 Résistance diélectrique à haute température : le matériau isolant montre de hautes propriétés électriques même à très haute température. À 300 °C, la rupture diélectrique d'échantillons ayant subi un vieillissement est toujours supérieure à 10kV AC. Ces résultats montrent que la construction proposée est conforme aux conditions requises concernant le maximum de tension combinée 20 au maximum de température. Mesures de décharge partielle : au vu des résultats globaux, le matériau d'isolation est homogène à son état initial et n'a pas été significativement dégradé pendant les phases de vieillissement.

25 Au vu de tous les résultats de l'évaluation du câble et de ses différentes composantes présentés dans les exemples 1 à 3, on peut conclure que le matériau isolant n'a pas été significativement endommagé pendant le vieillissement thermique et après irradiation. Les effets principaux observés sont un raidissement du matériau est une couleur plus sombre. Enfin les résultats de 30 flexion à froid sont conformes aux conditions requises.

2 982 993 Ainsi, après les phases de vieillissement il a été trouvé que la construction finale du câble était capable de supporter des tests de flexion de faibles amplitudes (+/- 6°) caractéristiques d'une opération normale, même après un vieillissement de 2000 heures à 280 °C. Ainsi, même si les phases de vieillissement 5 significativement rigidifient le câble, il est capable d'accomplir ses fonctions sans échec (craquelures etc.). Le conducteur choisi, dans la première partie d'évaluation (exemple 1), est capable de supporter de très haute température pendant une longue période. Son design répond aux conditions requises du maximum de tension et le risque 10 d'oxydation est absent du à l'épaisseur définie du revêtement de nickel. Les résultats des tests montrent que la construction sélectionnée est capable de supporter un nombre important de cycles de flexion de large amplitude et que le vieillissement à haute température n'a seulement qu'un faible impact dans le cas de mouvements de faibles amplitudes. Le montage final de la construction 15 choisie est adaptée aux applications hautes tension à cause de sa forme externe. L'évaluation a montré que la combinaison de phases de vieillissement suivi par des tests d'enroulement n'était pas suffisante pour endommager l'isolation. Les mesures de décharges partielles ont révélé l'absence de micro défauts lors du vieillissement du matériau isolant.

20 Même après un vieillissement de 2000 heures à 280 °C, le câble est toujours capable de supporter des mouvements induits (+/- 6° de tests de flexion) en opération normale et ses propriétés électriques sont toujours satisfaisantes. Le niveau de radiation de 200 Mrad a peu d'effet sur les propriétés du câble. Les résultats obtenus permettent de conclure que la construction du câble définie et 25 évaluée est capable de remplir toutes les conditions pour être utilisable en conditions extrême.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Câble électrique haute tension comprenant un conducteur central (1) en cuivre ou alliage de cuivre revêtu de nickel et au moins une couche principale d'un matériau isolant (2) disposée autour du conducteur central (1), ladite couche de matériau isolant étant formée par un thermoplastique extrudé choisi parmi les polyéthercétones, les polyéthercétoneéthercétonecétones et leurs mélanges.
2. 2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche principale de matériau isolant (2) est formée en polyéthercétoneéthercétonecétones.
3. 3. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche principale de matériau isolant (2) a une épaisseur comprise entre 0,1 15 et 3 mm, avantageusement entre 0,2 et 1,5 mm, encore plus avantageusement l'épaisseur est de 1 mm.
4. 4. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le revêtement de nickel du conducteur central (1) a une épaisseur comprise entre 20 7 et 11 % en poids, avantageusement 10 % en poids selon la norme ASTM B355.
5. 5. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le conducteur central (1) est en alliage de cuivre revêtu de nickel, ledit alliage 25 comprenant avantageusement du chrome jusqu'à une teneur de 1% en poids et du zirconium jusqu'à une teneur de 1% en poids et étant exempt de cadmium, cobalt, plomb, béryllium et Mercure.
6. 6. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il 30 comprend une couche de matériau isolant (3) supplémentaire autour de la couche principale de matériau isolant (2), ladite couche de matériau isolant supplémentaire (3) étant formée par un polymère thermodurcissable polyimide ou polybenzimidazole, avantageusement d'un polyimide sous forme de ruban.
7. 7. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une couche de matériau isolant intermédiaire (4) intercalée entre le conducteur central (1) et la couche principale de matériau isolant (2), ladite couche de matériau isolant intermédiaire (4) étant formée par un polymère thermodurcissable polyimide ou polybenzimidazole, avantageusement d'un polyimide sous forme de ruban. 10
8. 8. Câble selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la couche de matériau isolant supplémentaire (3) et/ou la couche de matériau isolant intermédiaire (4) comprend chacune entre une et quatre couches de polyimide rubané enroulé, avantageusement deux ou trois couches de polyimide 15 rubané, encore plus en avantageusement 2 couches de polyimide rubané, avec un recouvrement compris entre 25 et 75 %, avantageusement de 50 %.
9. 9. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une couche externe (5) de matériau de blindage métallique, 20 avantageusement fabriqué dans le même matériau que le conducteur central.
10. 10. Câble selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une couche semi conductrice intermédiaire (6) intercalée entre la couche principale de matériau isolant (2) ou la couche de matériau isolant supplémentaire (3) et la 25 couche externe (5) de matériau de blindage, ladite couche semi conductrice (6) étant avantageusement un ruban polyimide chargé dans la masse par une charge choisie parmi le noir de carbone ou des nanotubes de carbone.
11. 11. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le conducteur central (1) se compose de plusieurs brins, avantageusement 19, assemblés en Unilay.
12. 12. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le conducteur central (1) a une section comprise entre 0,05 et 22 mm2, avantageusement entre 0,5 et 4,5 mm2 encore plus avantageusement contre 3,8 et 4,1 mm2.
13. 13. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est apte à supporter pendant au moins 2000 heures sans défaillance électrique : - des températures en fonctionnement comprises entre -50 °C et 280 °C, - des températures au repos comprises entre -100 et 280 °C pour des 15 applications statiques, - une dose de radiation pouvant aller jusqu'à 1000 Megarads, - une tension de fonctionnement pouvant aller jusqu'à 10 000 V et - en fonctionnement des mouvements mécaniques de flexions d'une amplitude comprise entre 1 et 20°. 20
14. 14. Utilisation du câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 dans le domaine pétrolier, aéronautique, de l'aérospatiale, du nucléaire, de la recherche scientifique et/ou de la recherche pétrolière.