FR2995716A1 - Procede de fabrication d'un cable de transport d'energie electrique et cable fabrique par un tel procede - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un câble comprenant, de l'intérieur vers l'extérieur, un conducteur électrique central (1), un premier écran semi-conducteur (2), un isolant électrique intermédiaire (3), un deuxième écran semi-conducteur (4), un écran métallique (5) et une gaine externe (6), le procédé comportant une étape d'extrusion d'une composition comportant au moins une polyoléfine pour former au moins une couche composant le premier écran semi-conducteur, l'isolant électrique intermédiaire ou le deuxième écran semi-conducteur et une étape de réticulation de ladite couche. Selon l'invention, le procédé comporte l'étape d'injecter dans la composition une solution liquide qui contient au moins un peroxyde et au moins un composé dit co-agent de réticulation au cours de la fabrication de ladite couche. L'invention concerne également un câble fabriqué par un tel procédé.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un câble de transport d'énergie électrique et plus particulièrement d'un câble dédié au transport d'énergie électrique à moyenne tension et d'un câble dédié au transport d'énergie électrique à haute tension. L'invention a également pour objet de tels câbles. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les câbles de transport d'énergie sont en général constitués d'au moins un conducteur électrique central, entouré d'un isolant électrique intermédiaire, lui même protégé du milieu extérieur par une gaine externe de protection. Le conducteur est généralement constitué de brins métalliques, d'aluminium ou de cuivre, assemblés en torons. La gaine externe est habituellement en matériau thermoplastique électriquement isolant. Par le passé, l'isolant électrique intermédiaire était formé à partir d'un matériau thermoplastique. Plus récemment, le matériau thermoplastique a été remplacé par des matières réticulées, essentiellement pour porter la température de fonctionnement des câbles à 90 °C, avec possibilité de température de surcharge au-delà de 100°C. Ceci a permis d'augmenter la capacité de transport des réseaux électriques, capacité limitée par l'échauffement des conducteurs par effet Joule qui dépend des propriétés des métaux utilisés pour constituer lesdits conducteurs. Lorsque le câble est destiné à être soumis à une tension supérieure à un millier de volts, le câble comprend en outre des couches conductrices qui sont extrudées ou rubanées. Ces couches conductrices ont pour fonction de répartir régulièrement le champ électrique aux interfaces des isolants électriques intermédiaires pour éviter les effets de pointe et, par conséquent, limiter les risques de claquage électrique. Ainsi, les câbles de ce type comprennent en général un premier écran semi-conducteur interne en contact avec le conducteur et un deuxième écran semi-conducteur externe en contact avec un écran métallique qui est destiné à recueillir les courants de fuite, ou le courant de court-circuit en cas d'incident, et qui est lui-même en contact avec la gaine externe. L'écran métallique est relié à la terre via un système de protection qui déclenchera l'ouverture du circuit si l'intensité qui passe à travers l'écran devient trop élevée. Dans de telles constructions, on appelle tri-couche le complexe formé de l'isolant électrique intermédiaire entouré des deux écrans semi-conducteurs. Pour obtenir des tri-couches réticulées, il est habituel en câblerie d'utiliser des isolants électriques intermédiaires et/ou des écrans semi-conducteurs dont le matériau est composé principalement de polyéthylène basse densité auquel on ajoute des additifs, en particulier des peroxydes. Ces peroxydes, dont la décomposition va entraîner la formation de radicaux, vont permettre de créer, dans le polyéthylène, un réseau tridimensionnel qui va assurer la stabilité thermique et empêcher la déformation mécanique du câble aux températures de service c'est-à-dire 90°C à 110 °C. Il est connu de choisir le peroxyde de façon à ce que son taux de décomposition soit pratiquement nul à température ambiante, faible à la température de transformation par extrusion du matériau destiné à former l'isolant électrique intermédiaire et/ou les écrans semiconducteurs, et maximal à plus haute température. Pour réaliser une telle montée en température, le matériau destiné à former l'isolant électrique intermédiaire est introduit, à température ambiante, sous forme de granulés dans la trémie d'une extrudeuse puis fondu dans la vis de l'extrudeuse entre 120 et 140 °C en général, pour être amené à un état plastique et une viscosité suffisamment basse pour être mis en forme autour du conducteur. Il en est de même pour les deux écrans semi-conducteurs qui sont en général co-extrudés, si bien qu'on trouve à la sortie de la tête triple extrusion de l'extrudeuse un complexe qu'on doit encore réticuler. Cette opération se déroule dans un tube de quelques dizaines, voir quelques centaines de mètres, qui est directement relié à la tête d'extrusion par une partie télescopique.

Dans la première partie du tube, le câble est chauffé de façon à permettre la décomposition du ou des peroxydes utilisés et ainsi la réticulation du polyéthylène. Ce chauffage peut être obtenu par fluide caloporteur, tel que de la vapeur d'eau ou de l'huile. Il est également possible que le complexe soit chauffé par rayonnement du tube dans une atmosphère neutre tel que de l'azote gazeux. Pour uniformiser d'avantage la température des composants à réticuler (isolant électrique intermédiaire et écrans semi-conducteurs), on a également recours à des systèmes qui vont chauffer le conducteur central, par exemple par induction. Les températures rencontrées dans cette première partie du tube peuvent se situer entre 200 et 400°C, en fonction de la nature des matériaux en jeu, du procédé de chauffage utilisé, de la géométrie du câble, et de la vitesse de fabrication. A la suite de la première partie chauffante, le tube comporte une deuxième partie qui est consacrée au refroidissement du complexe. En général, ce refroidissement est obtenu par passage du câble dans de l'eau froide, qui circule de façon continue dans la deuxième partie du tube grâce à des pompes, de façon à maintenir une température constante relativement faible. Sur les lignes les plus sophistiquées, et pour les câbles destinées à être soumis aux tensions les plus élevées, le refroidissement peut également être obtenu par passage dans une atmosphère de gaz neutre, en général de l'azote, qui circule en continu dans la deuxième partie du tube. En sortie du tube, le câble obtenu a une tri-couche isolante totalement réticulée et est à une température suffisamment basse pour pouvoir être enroulé sur un touret de réception sans que le câble ne soit déformé de façon permanente par le touret. Il est également connu des installations dites à 10 filière longue dans lesquelles la réticulation est obtenue directement dans l'extrudeuse. Toutefois, dans tous les cas, lors du chauffage du matériau destiné à former l'isolant électrique intermédiaire et les écrans semi-conducteurs, les 15 peroxydes se décomposent pour former les radicaux nécessaires à la réticulation du polyéthylène. Or, la décomposition des peroxydes engendre la formation de sous-produits qui sont en fait des molécules de poids moléculaires moins élevés que ceux des radicaux et qui se 20 trouvent piégés au coeur du réseau tridimensionnel créé dans le polyéthylène par les radicaux des peroxydes. La formation de ces sous-produits est particulièrement importante dans le cas du matériau destiné à former l'isolant électrique intermédiaire. 25 Une partie des sous-produits sont gazeux aux températures de réticulation rencontrées dans la première partie du tube. C'est pour éviter la formation de bulles dans l'isolant électrique intermédiaire et les écrans semi-conducteurs que la première partie du tube est 30 maintenue sous pression entre 8 et 25 bar. En effet, de telles bulles sont particulièrement dommageables à la qualité électrique de l'isolant électrique intermédiaire et les écrans semi-conducteurs. Après passage dans la deuxième partie du tube, ces 35 sous-produits sont toujours présents à l'état dissous dans l'isolant électrique intermédiaire et les écrans semi-conducteurs, la cristallinité du matériau de ceux-ci empêchant la formation de bulles. Ainsi, lorsque le câble est sorti du tube et mis sur le touret, il n'est pas encore prêt pour les opérations suivantes de fabrication et en particulier pour la pose de l'écran métallique et l'extrusion de la gaine externe. En effet, une partie des sous-produits, usuellement la partie la plus volatile, diffuse à travers l'isolant électrique intermédiaire et les écrans semi-conducteurs, et s'échappe vers l'atmosphère. Par exemple, pour peroxyde de dicumyle qui est largement utilisé câblerie, les sous-produits volatils sont le méthane la vapeur d'eau. Si on poursuit immédiatement fabrication du câble après la sortie du tube, par exemple en posant l'écran métallique le long du câble, le gaz qui se dégage de la tri-couche migre aux extrémités de l'écran métallique et provoque l'expansion de l'écran métallique. Une fois le câble en utilisation, cela peut provoquer un incident électrique ou bien encore une explosion. Pour cette raison, il est connu de ne pas poursuivre immédiatement la fabrication du câble lorsque ledit câble est sorti du tube. Pendant une période donnée appelée étape de dégazage, le câble sorti du tube est laissé enroulé sur un touret ce qui permet aux sous-produits les plus volatils de la tri-couche fraichement fabriquée de s'évacuer. Pour les câbles de moyenne tension, cette étape de dégazage prend généralement quelques jours en général et s'effectue à température ambiante. Au dessus d'une épaisseur d'isolant électrique intermédiaire de 6 millimètres, il est cependant nécessaire de conditionner les câbles pendant une dizaine de jours à une température comprise entre 50 et 90 degrés Celcius. le en et la Ainsi, l'étape de dégazage s'avère particulièrement longue et ralentit considérablement le procédé de fabrication des câbles en particulier des câbles dédiés au transport d'énergie électrique à haute tension dont l'épaisseur de l'isolant électrique intermédiaire est plus importante. En outre, l'étape de dégazage nécessite de disposer d'un espace important pour stocker les câbles. De plus, pour le cas des câbles d'épaisseur importante, l'étape de dégazage s'avère gourmande en énergie et impose de disposer d'étuves appropriées. Il est connu des documents EP 1 944 327 et WO 2012/010640 des solutions pour réduire le taux de sous-produits volatils produits lors de l'étape de réticulation du câble. L'étape de dégazage est ainsi raccourcie ce qui permet d'accélérer le procédé de fabrication du câble au final. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'un câble de transport d'énergie électrique dont la mise en oeuvre est encore accélérée. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé de fabrication d'un câble de transport d'énergie électrique, comprenant au moins, de l'intérieur vers l'extérieur, un conducteur électrique central, un premier écran semi-conducteur, un isolant électrique intermédiaire, un deuxième écran semi-conducteur, un écran métallique et une gaine externe, le procédé comportant une étape d'extrusion d'une composition comportant au moins une polyoléfine pour former au moins une couche composant le premier écran semi-conducteur, l'isolant électrique intermédiaire ou le deuxième écran semi-conducteur et une étape de réticulation de ladite couche.

Selon l'invention, le procédé comporte l'étape d'injecter dans la composition une solution liquide qui contient au moins un peroxyde et au moins un composé dit co-agent de réticulation au cours de la fabrication de ladite couche. Il a été constaté que l'injection de la solution liquide contenant du peroxyde et du co-agent de réticulation permettait de limiter grandement la formation des sous-produits volatils lors de l'étape de réticulation de la couche. Les co-agents de réticulation sont des composés organiques insaturés et polyfonctionnels qui peuvent former des radicaux libres. Les co-agents, en formant un pontage entre deux chaînes polymères, permettent de réticuler la polyoléfine. Le co-agent de réticulation participe ainsi grandement à la réticulation de la polyoléfine. Il est donc possible de limiter la proportion de peroxyde dans la solution liquide tout en conservant une très bonne réticulation de la polyoléfine. Comme le peroxyde donne naissance à la formation des sous-produits volatils indésirables, la limitation de la proportion de peroxyde permet de réduire le taux des sous-produits volatils produits lors de l'étape de réticulation. L'étape de dégazage est ainsi raccourcie ce qui permet au final d'accélérer le procédé de fabrication du câble. Il a été d'ailleurs été constaté que dans certains cas, les taux des sous-produits gazeux et des sous-produits non gazeux peuvent être réduits à des valeurs telles que le procédé de fabrication du câble ne nécessite aucune étape de dégazage. Dans ce cas, il est possible de poursuivre directement la fabrication du câble en procédant à la pose de l'écran métallique et de la gaine externe, ce qui accélère encore davantage le procédé de fabrication du câble.

Le tableau ci-dessous indique les valeurs des couples rhéométriques Mh de différentes structures de la couche de l'isolant électrique intermédiaire 3 une fois l'étape de réticulation achevée lorsque la couche a été fabriquée selon l'invention. Il est rappelé qu'un couple rhéométrique permet d'évaluer le taux de réticulation d'un matériau. Plus le couple rhéométrique est important, meilleur est le taux de réticulation. Le couple rhéométrique est ici mesuré à 200 degrés Celsius avec un rhéomètre de type Analyseur RPA 2000 d'Alpha-Technologies. Les compositions étudiées sont : composition n°1 : comporte en poids sensiblement 99,03% de polyéthylène linéaire à basse densité, 0,27% d'antioxydant, 0,35% de 2,5 Diméthy1-2,5- di(t-butylperoxy) hexane (encore appelé DBPH) en tant que peroxyde et 0,35% de Triallyl Isocyanurate (encore appelé TAIC) en tant que co-agent de réticulation de type II ; composition n°2 : comporte en poids sensiblement 98,73% de polyéthylène linéaire à basse densité, 0,27% d'antioxydant, 0,35% de DBPH et 0,65% de TAIC ; composition n°3 : comporte en poids sensiblement 98,58% de polyéthylène linéaire à basse densité, 0,27% d'antioxydant, 0,35% de DBPH et 0,8% de TAIC. Il convient de noter que pour satisfaire au critère « Allongement à 200°C sous une contrainte de 0.2 MPa inférieur à 175% » selon la norme CEI 60811-507 [avec °C pour degré Celsius et MPa pour Méga Pascal] tout en ayant une bonne densité de réticulation, il est usuellement considéré que le couple rhéométrique doit être de l'ordre de 3,3 avec un tel type de polyéthylène.35 Indice Mh Allongement à (1b.in) chaud (%) Composition 1 2,9 105 Composition 2 3,5 70 Composition 3 3,9 40 Tableau 1 [avec lb pour livre (1 livre valant 0,453 grammes) et in pour inches ou pouces (1 pouce valant 2,54 centimètres)] A la lecture du tableau 1, il est clair que grâce au co-agent de réticulation, il est possible d'obtenir une bonne densité de réticulation du polyéthylène même avec une faible proportion de peroxyde. L'invention permet ainsi de fabriquer la couche composant le premier écran semi-conducteur et/ou le deuxième écran semi-conducteur et/ou l'isolant électrique intermédiaire avec peu de sous-produits indésirables. Selon un mode de réalisation particulier, pour la fabrication de la couche formant l'isolant électrique intermédiaire, l'étape d'injecter la solution liquide dans la composition est réalisée au cours de l'étape d'extrusion. La solution liquide est ainsi mélangée à la composition directement au cours de l'étape d'extrusion. Il n'est donc pas nécessaire de disperser préalablement à l'étape d'extrusion le peroxyde et le co-agent de réticulation dans la composition. Cela permet donc d'accélérer encore davantage le procédé de fabrication du câble. De façon avantageuse, la vis de l'extrudeuse qui met en oeuvre l'étape d'extrusion permet d'assurer que la composition et la solution sont correctement mélangées en plus d'avancer le mélange composition-solution dans la partie chauffée de l'extrudeuse.

En outre, injecter la solution et non la mélanger à la composition avant l'étape d'extrusion présente l'avantage que la solution liquide, lors de l'injection, peut être filtrée très facilement. La composition finale qui est extrudée s'avère donc de bien meilleure qualité. De plus, dans l'art antérieur, le peroxyde est dispersé dans la composition avant l'étape d'extrusion. Or au cours du stockage de la composition mélangée au peroxyde, le peroxyde a tendance à se déplacer dans la 10 polyoléfine de la composition ce qui entraîne des phénomènes d'exsudation du peroxyde. En injectant la solution directement au cours de l'étape d'extrusion, on obvie ainsi auxdits problèmes d'exsudation. La composition finale qui est extrudée s'avère donc de bien 15 meilleure qualité. Selon un autre mode de réalisation privilégié de l'invention, on choisit un co-agent de type II. On rappelle qu'un co-agent de réticulation de type II est un composé qui comprend des molécules porteuses de 20 liaisons insaturées destinées à coopérer avec des radicaux libres de la polyoléfine lors de la formation de l'isolant électrique intermédiaire, lesdites molécules étant des dérivées vinyliques ou allyliques ou polybutadiènes. 25 Il a ainsi été constaté que l'injection de la solution liquide contenant du peroxyde et du co-agent de réticulation de type II permettait de limiter davantage la formation des sous-produits volatils lors de l'étape de réticulation de l'isolant électrique intermédiaire. 30 En particulier, l'utilisation du co-agent de réticulation de type II favorise grandement la réticulation de la polyoléfine. En outre, les co-agents de réticulation de type II forment également des radicaux libres plus stables que 35 les co-agents de réticulation de type I.

Il a également été constaté que les co-agents de réticulation de type II sont moins « grillants » que les co-agents de type I c'est-à-dire que les co-agents de type II sont moins réactifs que les co-agents de type I.

Ainsi, au cours de l'étape d'extrusion, les molécules porteuses de liaisons insaturées du co-agent de type II coopèrent moins rapidement avec les radicaux libres de la polyoléfine ce qui limite un début de réticulation dans l'extrudeuse qui n'est pas souhaité.

Le tableau ci-dessous indique les valeurs des couples rhéométriques Mh de différentes structures de la couche de l'isolant électrique intermédiaire 3 une fois l'étape de réticulation achevée lorsque la couche a été fabriquée selon l'invention. Il est rappelé qu'un couple rhéométrique permet d'évaluer le taux de réticulation d'un matériau. Plus le couple rhéométrique est important, meilleur est le taux de réticulation. Le couple rhéométrique est ici mesuré à 200 degrés Celsius avec un rhéomètre de type Analyseur RPA 2000 d'Alpha- Technologies. Les compositions étudiées sont composition n°1 : comporte en poids sensiblement 99,03% de polyéthylène linéaire à basse densité, 0,27% d'antioxydant, 0,35% de 2,5 Diméthy1-2,5- di(t-butylperoxy) hexane (encore appelé DBPH) en tant que peroxyde et 0,35% de Triallyl Isocyanurate (encore appelé TAIC) en tant que co-agent de réticulation de type II ; composition n°2 : comporte en poids sensiblement 98,73% de polyéthylène linéaire à basse densité, 0,27% d'antioxydant, 0,35% de DBPH et 0,65% de TAIC ; composition n°3 : comporte en poids sensiblement 98,58% de polyéthylène linéaire à basse densité, 0,27% d'antioxydant, 0,35% de DBPH et 0,8% de TAIC.

Il convient de noter que pour satisfaire au critère « Allongement à 200°C sous une contrainte de 0.2 MPa inférieur à 175% » selon la norme CEI 60811-507 [avec °C pour degrés Celsius et MPa pour Méga Pascals] tout en ayant une bonne densité de réticulation, il est usuellement considéré que le couple rhéométrique doit être de l'ordre de 3,3 avec un tel type de polyéthylène. Indice Mh Allongement à (1b.in) chaud (%) Composition 1 2,9 105 Composition 2 3,5 70 Composition 3 3,9 40 Tableau 1 [avec lb pour livre (1 livre valant 0,453 grammes) et in pour inches ou pouces (1 pouce valant 2,54 centimètres)] 15 A la lecture du tableau 1, il est clair que grâce au co-agent de réticulation de type II, il est possible d'obtenir une bonne densité de réticulation du polyéthylène même avec une faible proportion de peroxyde. 20 L'invention concerne également un câble de transport d'énergie électrique, comprenant au moins, de l'intérieur vers l'extérieur, un conducteur électrique central, un premier écran semi-conducteur, un isolant électrique intermédiaire, un deuxième écran semi-conducteur, un 25 écran métallique et une gaine externe. Selon l'invention le matériau de l'isolant électrique intermédiaire et/ou du premier écran semiconducteur et/ou du deuxième écran semi-conducteur comporte au moins une polyoléfine dans laquelle a été 30 injectée une solution liquide comprenant au moins un10 peroxyde et au moins un composé dit co-agent de réticulation. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence à la figure unique annexée représentant schématiquement en coupe transversale un câble conforme à l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Le câble de transport d'énergie électrique selon l'invention comprend, de l'intérieur vers l'extérieur, un conducteur électrique central 1, un premier écran semi- conducteur 2, un isolant électrique intermédiaire 3, un deuxième écran semi-conducteur 4, un écran métallique 5 et une gaine externe 6. Le conducteur central 1 est par exemple en aluminium. Les matériaux du premier écran semi-conducteur 2 et du deuxième écran semi-conducteur 4 sont ici à base de copolymère et de noir de carbone. Afin de faciliter le raccordement de plusieurs câbles selon l'invention, le deuxième écran semi-conducteur 4 peut être « pelable » c'est-à-dire qu'il peut se séparer facilement de l'isolant électrique intermédiaire 3. Le conducteur électrique central 1, le premier écran semi-conducteur 2, le deuxième écran semi-conducteur 4, l'écran métallique 5 et la gaine 6 sont connus en eux- mêmes et ne seront pas plus détaillés ici. Selon l'invention, le matériau de l'isolant électrique intermédiaire 3 comporte au moins une polyoléfine dans laquelle a été injectée, lors de la fabrication du câble, une solution liquide comprenant au moins un peroxyde et au moins un composé dit co-agent de réticulation. Pour former l'isolant électrique intermédiaire 3, une composition comportant au moins la polyoléfine est extrudée par une extrudeuse. De façon connue en soi, l'extrudeuse comporte une trémie débouchant dans un fourreau cylindrique chauffé dans lequel tourne une vis sans fin, la vis permettant la circulation de la composition de la trémie jusqu'à l'orifice de sortie du fourreau. Des granulés de la composition sont introduits dans la trémie et la vis pousse de façon continue les granulés qui se ramollissent progressivement dans le fourreau jusqu'à fondre. La composition est ainsi amenée à un état plastique et à une viscosité suffisamment basse pour être mise en forme autour du conducteur central 1 sous forme d'un tube continu en sortie de l'extrudeuse de manière à constituer ainsi l'isolant électrique intermédiaire 3. Comme bien connu de l'art antérieur, une fois l'étape d'extrusion achevée, le procédé de fabrication selon l'invention comporte l'étape de réticuler l'isolant électrique intermédiaire 3 pour améliorer les caractéristiques mécaniques de l'isolant électrique intermédiaire 3. Selon l'invention, la solution liquide est injectée dans la composition au cours de l'étape d'extrusion. La solution est ici ajoutée aux granulés de la composition par un dispositif d'injection goutte à goutte qui est agencé sensiblement à l'entrée de l'extrudeuse au niveau de la trémie.

De façon avantageuse, en plus de pousser les granulés dans l'extrudeuse, la vis permet d'assurer que la composition et la solution liquide qui sont destinées à former le matériau de l'isolant électrique intermédiaire 3 se mélangent correctement. Le mélange de la composition et de la solution s'effectue donc directement au cours de l'étape d'extrusion. Il n'est plus nécessaire de disperser préalablement à l'étape d'extrusion le peroxyde et le co-agent de réticulation dans la composition.

De préférence, le co-agent de réticulation est un co-agent de réticulation de type II. De préférence, la polyoléfine est un polyéthylène et on choisit la solution liquide de sorte que le matériau de l'isolant électrique intermédiaire 3 comprenne en sortie de l'extrudeuse avant l'étape de réticulation entre 0,01% et 1,2% en poids de peroxyde par rapport au polyéthylène et entre 0,3% et 4% en poids de co-agent de réticulation de type II par rapport au polyéthylène.

De préférence, le polyéthylène choisi est du polyéthylène linéaire à basse densité. Un tel polyéthylène linéaire à basse densité réticule de façon bien plus active qu'un polyéthylène radicalaire.

Ainsi en utilisant le polyéthylène linéaire à basse densité, la solution liquide peut comprendre moins de peroxyde sans que cela nuise à la réticulation de la composition. Il est donc possible de limiter la formation de sous-produits non souhaités issus de la décomposition du peroxyde lors de la réticulation de la composition. Ceci permet de raccourcir, voire de supprimer, une étape de dégazage après l'étape de réticulation de la composition. Par ailleurs, le polyéthylène linéaire à basse 25 densité a une structure bien plus ordonnée qu'un polyéthylène radicalaire. Sa température de fusion est donc plus élevée ce qui permet d'employer le câble selon l'invention à de plus hautes température et donc de faire passer une quantité de courant plus importante dans le 30 conducteur central 1. Le câble selon l'invention est ainsi particulièrement adapté pour le transport d'énergie électrique à moyenne tension et à haute tension. Le polyéthylène linéaire à basse densité est par exemple sélectionné parmi les références suivantes : Nom Masse Indice de Température de fusion (°C) Type de comonomère commercial volumique (g/cm3) ISO 1183 fluidité (g/10 min) (190°C, 2,16 kg) ISO 1133 BPD 3052 0,93 4 126,3 Butène BPD 3220 0,92 2,4 124,6 Butène BPD 3669 0,926 3,3 126,8 Hexène SABIC V036 0,93 4,2 124 Butène FLEXIRENE CL10F 0,918 2,7 122 Butène Exxon Mobil 4004 EL 0,924 3,6 122 Butène DOW 2035G 0,919 6 125,3 Octène Tableau 2 (avec g pour grammes, cm3 pour centimètres cubes, °C pour degrés Celsius, kg pour kilogrammes). L'indice de fluidité (ou IF) est plus connu sous son nom anglais MFI (pour Melt Flow Index). Le tableau ci-dessous indique les valeurs de couple rhéométrique Mh pour différentes compositions du matériau de l'isolant électrique intermédiaire 3 une fois l'étape de réticulation achevée : composition n°1 : comporte en poids sensiblement 98,1% de polyéthylène radicalaire de type BP 2000 (marque déposée Ineos), 0,3% d'antioxydant et 1,6% de Tert-Butyl Cumuyl Peroxyde (encore appelé TBCP) en tant que peroxyde ; composition n°2 : comporte en poids sensiblement 98,1% de polyéthylène linéaire à basse densité de type BP 3220 (marque déposée Ineos), 0,3% d'antioxydant et 1,6% de TBCP.

Tableau 3 Les valeurs de couple rhéométrique ci-dessus confirment qu'à taux de peroxyde identique, la réticulation s'avère bien plus importante avec un polyéthylène linéaire à basse densité qu'avec un polyéthylène radicalaire. Or pour satisfaire au critère « Allongement à 200°C sous une contrainte de 0.2 MPa inférieur à 175% » selon la norme CEI 60811-50 tout en ayant une bonne densité de réticulation, il est usuellement considéré que le couple rhéométrique doit être de l'ordre de 3,3 pour un polyéthylène linéaire à basse densité. Pour le même critère, il est usuellement considéré que le couple rhéométrique doit être de l'ordre de 2,2 pour un polyéthylène radicalaire. Dans le cas présent, il est donc possible de passer d'un couple rhéométrique de 5,6 à un couple rhéométrique de 3,3 pour le polyéthylène linéaire à basse densité tout en conservant une densité de réticulation satisfaisante lorsqu'il n'est possible de passer que d'un couple rhéométrique de 2,5 à 2,2 pour le polyéthylène radicalaire. Il est donc possible de baisser la teneur en peroxyde de façon bien plus significative dans la composition n°2 que dans la composition n°1. Encore une fois, en utilisant un polyéthylène linéaire à basse densité en place d'un polyéthylène radicalaire, la solution liquide peut comprendre moins de peroxyde, ce qui permet de limiter la formation de sous- produits indésirables, sans que cela nuise à la réticulation de la composition. Composition n°1 Composition n°2 Mh (lb.in) 2,5 5,6 De façon privilégiée, le peroxyde est un peroxyde non aromatique. Le peroxyde non-aromatique permet que les sous-produits issus de la décomposition dudit peroxyde lors de l'étape de réticulation aient des masses moléculaires relativement faibles. Lesdits sous-produits s'avèrent alors bien plus aisés à évacuer de l'isolant électrique intermédiaire 3. L'étape de dégazage est ainsi accélérée. En outre, il est rappelé que l'étape de dégazage n'est pas toujours effectuée à température ambiante (qui est sensiblement autour de 20 degrés Celsius). Dans l'art antérieur, pour des câbles ayant une épaisseur d'isolant électrique intermédiaire supérieure à 6 millimètres, il est connu de conditionner lesdits câbles pendant une dizaine de jours à une température comprise entre 50 et 90 degrés Celcius. Dans l'invention, grâce à l'utilisation d'un peroxyde non-aromatique, il est alors possible d'abaisser la température à laquelle est stocké le câble et ainsi de réduire la consommation d'énergie nécessaire à cette étape de dégazage. Préférentiellement, la solution liquide est obtenue en mélangeant un peroxyde non aromatique liquide et un co-agent de réticulation de type II solide avec un composé antioxydant liquide. Le co-agent de réticulation de type II est évidemment choisi pour être soluble dans le composé antioxydant liquide et le peroxyde non aromatique est évidement choisi miscible avec le composé antioxydant liquide. Le vieillissement du matériau de l'isolant électrique intermédiaire 3, c'est-à-dire la dégradation dudit matériau au cours du temps, est généralement dû aux effets de la température, de l'oxygène et éventuellement de la lumière et se manifeste par la formation de radicaux libres très réactifs à l'intérieur de l'isolant électrique intermédiaire 3. En ajoutant le composé antioxydant à la solution liquide, les molécules dudit composé réagissent avec ces radicaux libres de sorte à les neutraliser. Cela permet d'éviter des réactions de dégradation au sein de l'isolant électrique intermédiaire 3 dues à la présence desdits radicaux libres. La période de vie du câble est ainsi allongée. Le composé antioxydant liquide est par exemple de l'Irgastab Cable KV 10 (marque déposée BASF). La solution liquide comporte ici en outre au moins un composé dit anti-grillant. Un tel composé est destiné à neutraliser au moins les premiers sous-produits indésirables issus de la décomposition du peroxyde lors de la réticulation de l'isolant électrique intermédiaire 3. La qualité du matériau de l'isolant électrique intermédiaire 3 s'en trouve améliorée. Un mode de réalisation particulier de l'invention va être à présent décrit. Dans ce mode de réalisation, la vis de l'extrudeuse a un diamètre de 45 millimètres et une longueur de 1080 millimètres. La vis comporte une tête d'équerre et quatre zones de chauffage distinctes. La vis tourne à 30 tours par minute. Lors de l'étape d'extrusion, des granulés de Flexirene CL 10 F, polyéthylène linéaire à basse densité, sont introduits dans la trémie. La solution liquide est préparée en mélangeant du Triallyl Isocyanurate (encore appelé TAIC) en tant que co-agent de réticulation de type II, du 2,5 Diméthy1-2,5- di(t-butylperoxy) hexane (encore appelé DBPH) en tant que peroxyde non aromatique et du Irgastab Cable KV 10 en tant qu'antioxydant. Puis la solution est filtrée sur un tamis de 25 micromètres avant d'être injectée à l'entrée de l'extrudeuse dans les granulés.

Le profil de température de la vis utilisé pour l'extrusion du mélange est le suivant : Bride de Tête de Zones 1 2 3 4 la vis la vis Température (°C) 100 105 110 115 120 120 Tableau 4 En sortie d'extrudeuse, avant l'étape de réticulation, le matériau de l'isolant électrique intermédiaire 3 comporte en poids sensiblement 98,75% de Flexirene CL 10 F, sensiblement 0,25% d'Irgastab Cable KV 10, sensiblement 0,35% de DBPH et sensiblement 0,65% de TAIC. A partir de l'isolant électrique intermédiaire 3 obtenue en sortie d'extrudeuse, des éprouvettes sont créées. Lesdites éprouvettes sont réticulées sous presse pendant 15 minutes à 190°C. Différentes propriétés sont alors mesurées sur lesdites éprouvettes réticulées.

Normes Couple Rhéomètrique Ml (lb.in) 3,5 - Allongement à 200°C et 0.2 MPa 58 CEI 60811-507 (b) Pelabilité (N/cm) 8,8 NFC 33226 Caractéristiques mécaniques CEI 60811-501 initiales Résistance à la traction (MPa) 28,6 Allongement à la rupture (%) 660 Vieillissement 7 jours à 135°C CEI 60811401 ARésistance à la Traction (%) 6 AAllongement à la Rupture (%) 15 Vieillissement 10 jours à 150°C Résistance à la traction (MPa) 28,2 Allongement à la rupture (%) 664 Vieillissement 20 jours à 150°C Résistance à la traction (MPa) 27 Allongement à la rupture (%) 638 Caractéristiques électriques NFC 26230 Facteur de dissipation Tan 8 à 3,1E-4 25°C à 2 kV Permittivité relative er à 25°C 2,1 Tableau 5 (avec N pour Newton, cm pour centimètre, MPa pour Méga Pascal, kV pour kiloVolt) Le matériau de l'isolant électrique intermédiaire 3 présente donc des propriétés mécaniques, thermiques et électriques très satisfaisantes. Le matériau présente en outre une bonne tenue au vieillissement.

Il est en outre observé que les éprouvettes réticulées comportent un taux de méthane de 98 parties par million (ppm), un taux d'éthane de 45 ppm soit un taux de gaz total de 143 ppm. En comparaison, une éprouvette réticulée de la même façon et formée à partir d'un matériau de référence comportant en poids 98,2% de BP 2000 qui est un polyéthylène radicalaire, 0,3% d'antioxydant et 1,5% de Tert-Butyl Cumuyl Peroxyde (encore appelé TBCP) en tant que peroxyde aromatique, comporte un taux de méthane de 645 ppm, un taux d'éthane de 40 ppm soit un taux de gaz total de 685 ppm. Ainsi le câble de l'invention comporte un isolant électrique intermédiaire 3 comprenant un taux de gaz bien plus faible que celui d'un câble de l'art antérieur une fois l'étape de réticulation achevée. L'étape de dégazage sera ainsi bien plus courte avec le câble de l'invention de sorte que le procédé de fabrication d'un tel câble soit accéléré. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et au mode de mise en oeuvre décrit et on peut y apporter des variantes sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. Ainsi, les épaisseurs des différentes couches formant le câble seront bien sûr déterminées en fonction notamment du courant et de la tension auxquels le câble est destiné à être soumis. Par ailleurs, bien que le câble décrit soit dédié au transport d'énergie électrique de moyenne tension continue ou alternatif ou de haute tension continue ou alternatif, le câble pourra également être agencé pour le transport d'énergie électrique de petite tension. Bien entendu par haute tension, on entend une tension comprise entre 30 et 500 kV, par moyenne tension une tension comprise entre 1 et 30 kV et par petite tension une tension inférieure à 1 kV. En particulier, bien qu'ici le procédé selon l'invention ait été mis en oeuvre pour la fabrication de la couche composant l'isolant électrique intermédiaire, le procédé pourra être mis en oeuvre pour la fabrication de l'un ou des deux écrans semi-conducteurs. Une composition du matériau des écrans semi-conducteur une fois l'étape de réticulation achevée comporte par exemple en poids sensiblement 63,5% d'une polyoléfine (comme un polymère polaire de type éthylène acrylate ou éthylène vinyle acétate) chargée avec 35 % de noir de carbone, 0,5% de peroxyde et 1% de co-agent de réticulation. Cet exemple n'est bien sûr pas limitatif. Dans le cas des écrans semi-conducteurs, le procédé comporte les étapes successives de : mélanger les différents composants de la composition comportant au moins une polyoléfine par l'intermédiaire d'un mélangeur continu ; injecter la solution liquide comportant au moins un peroxyde et un co-agent de réticulation dans la composition ; extruder le mélange formé de la composition et de la solution liquide ; réticuler ledit mélange extrudé. Les différents aspects de l'invention décrits en relation avec l'isolant électrique intermédiaire 20 s'appliquent bien entendu aux deux écrans semiconducteurs mis à part le fait que la solution liquide n'est pas injectée au même moment dans la composition. En outre, le procédé selon l'invention pourra être mis en oeuvre pour la fabrication à la fois de la couche 25 composant l'isolant électrique intermédiaire et des couches composant les écrans semi-conducteurs. Les couches seront alors co-extrudées : les couches seront extrudées dans des fourreaux distincts par des vis d'extrusion distinctes, les trois fourreaux étant reliés 30 par une tête triple extrusion. En sortie de l'extrudeuse on obtient donc une tri-couche qu'il convient de réticuler. Bien qu'il ait été décrit que l'injection de la solution liquide était réalisée par un dispositif 35 d'injection goutte à goutte, l'étape d'injection pourra être mise en oeuvre par un autre dispositif. Par exemple, l'étape d'injection pourra être réalisée par l'intermédiaire d'un dispositif de pulvérisation continue tout le long de la vis ou encore par injection dans le fourreau de l'extrudeuse par l'intermédiaire d'une pompe. Bien entendu, la solution liquide pourra avoir une composition différente de ce qui a été décrit à condition que la solution soit suffisamment liquide pour pouvoir être injectée facilement dans l'extrudeuse. Les différents ingrédients de la solution liquide seront donc liquides et miscibles entre eux et/ou solides et solubles avec les autres ingrédients. Ainsi, la solution liquide pourra comporter un peroxyde solide et un co-agent de réticulation liquide ou encore un peroxyde liquide et un co-agent de réticulation solide. Le peroxyde et le co- agent de réticulation pourront être tous deux solides et mélangés à un solvant liquide. Le peroxyde liquide pourra alors être choisi parmi les références commerciales suivantes : LUPEROX 801 (comportant la molécule t-butyle cumyle peroxyde), LUPEROX 130 (comportant la molécule 5- dimethy1-2,5-di(t-butylperoxy)hexyne-3), LUPEROX 233 (comportant la molécule Ethyl-3,3 -di(t-butylperoxy) butyrate), LUPEROX 533 (comportant la molécule Ethyl-3,3 -di(t-amylperoxy) butyrate), TRIGONOX B (comportant la molécule di-t-butyle peroxyde), TRIGONOX 101 (comportant la molécule 2,5-dimethy1-2,5-di(t-butylperoxy)hexane) ou encore du TRIGONOX 201 (comportant la molécule Di (tamyl) peroxide). La solution liquide pourra comporter d'autres composés en plus du peroxyde et du co-agent de réticulation comme des additifs anti-arborescences d'eau et/ou des additifs anti-UV et/ou des composés capteurs d'acides et/ou des composés anti-grillant et/ou des composés antioxydant ... Certains composés pourront aussi jouer le double rôle d'antioxydant et d'anti-grillant ou bien le double rôle d'antioxydant et d'anti-UV. Bien qu'ici le peroxyde soit choisi comme non-aromatique, le peroxyde pourra être choisi comme étant aromatique ou semi-aromatique. Bien qu'ici le co-agent de réticulation soit un coagent de réticulation de type II, le co-agent pourra être d'un autre type comme un co-agent de réticulation de type I tel que le di-méthacrylate d'éthylène glycol.

Le composé antioxydant pourra être solide et non liquide. Le composé antioxydant sera par exemple de l'Irganox 1081 qui est soluble dans les peroxydes liquides ou encore du Lowinox TBP6. Bien entendu, la composition pourra être différente de ce qui a été décrit. Ainsi, bien qu'ici la composition comporte du polyéthylène, la composition pourra comporter une ou plusieurs polyoléfines et éventuellement une autre polyoléfine comme du éthylène-acrylate d'éthyle (EEA) ou encore du éthylène-acrylate de butyle (EBA) ... ou bien comporter d'autres ingrédients en plus d'une première polyoléfine comme une deuxième polyoléfine, un ou plusieurs copolymères, des additifs anti-arborescences d'eau, des additifs anti-UV, des composés capteurs d'acides, des composés anti-grillants, des composés anti- oxydants, des peroxydes, des charges minérales ou organiques ... Bien qu'ici le polyéthylène choisi soit un polyéthylène linéaire, le polyéthylène choisi pourra être un polyéthylène radicalaire. On privilégiera les polyéthylènes linéaires en général et les polyéthylènes linéaires à basse densité en particulier. Un polyéthylène radicalaire pourra ainsi être choisi, par exemple, parmi les références commerciales suivantes : Nom Fournisseur Masse MFI commercial volumique (g/cm3) ISO 1183 (g/lOmln) (190°C, 2,16 kg) ISO 1133 LD 100 Exxon 0,923 2 PE 004 Repsol 0,920 2,7 BP 2000 Ineos 0,923 2 Tableau 6 De façon privilégiée, si on décide que la composition comporte un polyéthylène radicalaire, on choisit comme polyéthylène radicalaire du BP 2000 et on choisit la solution liquide de sorte que le matériau de l'isolant électrique intermédiaire comprenne après l'étape de réticulation 0,3% en poids d'antioxydant par rapport au BP 2000, 1,7% de Triallyl cyanurate (TAC) en tant que co-agent de réticulation et 0,5% de DBPH. Un tel isolant électrique intermédiaire présente en effet un faible taux de sous-produits indésirables. On entend par « au moins une couche composant le premier écran semi-conducteur, l'isolant électrique intermédiaire ou le deuxième écran semi-conducteur » : soit la couche constituant le premier écran semiconducteur, l'isolant électrique intermédiaire ou le deuxième écran semi-conducteur lorsque l'écran ou l'isolant en question ne comporte qu'une couche ; soit au moins une des couches constituant le premier écran semi- conducteur, l'isolant électrique intermédiaire ou le deuxième écran semi-conducteur lorsque l'écran ou l'isolant en question comporte plusieurs couches. Par ailleurs, la composition peut être incorporée à l'un ou l'autre des écrans, ou aux deux écrans, et/ou à l'isolant.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un câble de transport d'énergie électrique, comprenant au moins, de l'intérieur vers l'extérieur, un conducteur électrique central (1), un premier écran semi-conducteur (2), un isolant électrique intermédiaire (3), un deuxième écran semiconducteur (4), un écran métallique (5) et une gaine externe (6), le procédé comportant une étape d'extrusion d'une composition comportant au moins une polyoléfine pour former au moins une couche composant le premier écran semi-conducteur, l'isolant électrique intermédiaire ou le deuxième écran semi-conducteur et une étape de réticulation de ladite couche, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte l'étape d'injecter dans la composition une solution liquide qui contient au moins un peroxyde et au moins un composé dit co-agent de réticulation au cours de la fabrication de ladite couche.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, pour la fabrication de la couche formant l'isolant électrique intermédiaire, l'étape d'injecter la solution liquide dans la composition est réalisée au cours de l'étape d'extrusion.
3. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel pour la fabrication de la couche formant l'un des deux écrans semi-conducteurs, l'étape d'injecter la solution liquide dans la composition est réalisée avant l'étape d'extrusion.
4. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on choisit un co-agent de type II.
5. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on choisit un peroxyde non-aromatique.
6. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on choisit un peroxyde aromatique.
7. 7. Procédé selon la revendication 1, comportant l'étape de mélanger au moins un composé antioxydantliquide avec un peroxyde liquide et un co-agent de réticulation de type II solide pour obtenir la solution liquide.
8. 8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on choisit comme polyoléfine un polyéthylène.
9. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel on choisit comme polyoléfine un polyéthylène linéaire à basse densité.
10. 10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on choisit comme polyoléfine pour la composition formant la couche un polyéthylène et on choisit la solution liquide de sorte que le matériau de ladite couche comprenne, après une étape de réticulation dudit matériau, qui suit l'étape d'extrusion, entre 0,01% et 1,2% en poids du peroxyde par rapport au polyéthylène et entre 0,3% et 4% en poids du co-agent de réticulation par rapport au polyéthylène.
11. 11. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la solution liquide et/ou la composition comporte en outre au moins un composé dit anti-grillant.
12. 12. Procédé selon la revendication 1, comportant les étapes de : - co-extruder l'isolant électrique intermédiaire, le premier écran semi-conducteur et le troisième écran semi-conducteur pour former un complexe; - réticuler ledit complexe ; - agencer directement l'écran métallique et la gaine externe autour du complexe réticulé sans réaliser une étape de dégazage.
13. 13. Câble de transport d'énergie électrique, comprenant au moins, de l'intérieur vers l'extérieur, un conducteur électrique central (1), un premier écran semiconducteur (2), un isolant électrique intermédiaire (3), un deuxième écran semi-conducteur (4), un écran métallique (5) et une gaine externe (6), caractérisé ence que le matériau de l'isolant électrique intermédiaire et/ou du premier écran semi-conducteur et/ou du deuxième écran semi-conducteur comporte au moins une polyoléfine dans laquelle a été injectée une solution liquide comprenant au moins un peroxyde et au moins un composé dit co-agent de réticulation de type II.
14. 14. Câble selon la revendication 13, agencé pour le transport d'énergie électrique à moyenne tension.
15. 15. Câble selon la revendication 13, agencé pour le transport d'énergie électrique à haute tension.