FR3029004A1 - ELECTRICAL CABLE WITH ENHANCED EMISSIVITY - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un câble électrique comprenant au moins une gaine extérieure de protection comprenant un agent carboné choisi parmi les nanotubes de carbone, le graphène et leur mélange.The invention relates to an electrical cable comprising at least one outer protective sheath comprising a carbonaceous agent chosen from carbon nanotubes, graphene and their mixture.
Description
1 CABLE ELECTRIQUE AVEC UNE EMISSIVITE AMELIOREE L'invention concerne un câble électrique comprenant au moins une gaine extérieure de protection comprenant un agent carboné choisi parmi les 5 nanotubes de carbone, le graphène et leur mélange. Elle s'applique typiquement mais non exclusivement aux câbles électriques destinés au transport d'énergie, notamment aux câbles d'énergie à basse tension (notamment inférieure à 6kV) ou à moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV) ou à haute tension (notamment supérieure à 10 60 kV, et pouvant aller jusqu'à 800 kV), qu'ils soient en courant continu ou alternatif, dans les domaines du transport d'électricité aérien, sous-marin, terrestre, ou encore de l'aéronautique. Plus particulièrement, l'invention concerne un câble électrique présentant une émissivité améliorée, c'est-à-dire présentant une capacité à 15 émettre de l'énergie par rayonnement améliorée. En effet, dans un câble en fonctionnement, c'est-à-dire sous tension et traversé par un courant électrique, une partie de l'énergie électrique est dissipée sous forme de chaleur (i.e. sous forme d'énergie thermique) par effet joule dans les conducteurs et par pertes diélectriques dans les isolants. Ces deux 20 phénomènes, bien connus de l'homme du métier, conduisent à une élévation de la température du câble lors de son fonctionnement. Ainsi, pour pouvoir fonctionner en toute sécurité, un câble électrique est défini par une intensité et une tension maximales admissibles dans ledit câble sans qu'un échauffement trop important ne se produise, c'est-à-dire sans qu'une 25 température critique ne soit dépassée. Les températures maximales admissibles en fonction de l'application visée et des systèmes d'isolation employés sont par exemple définies dans la norme IEC 60502-1. De la demande de brevet FR 2 996 951 Al est connu un câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur 30 allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium et de zirconium, ledit élément électriquement conducteur allongé comportant en surface une couche poreuse d'hydroxyde d'alumine obtenue par oxydation de surface (e.g. anodisation). 3029004 2 La présence de cette couche permet d'améliorer l'émissivité du câble électrique et ainsi d'augmenter sa capacité électrique (i.e. la quantité de courant admissible). L'oxydation de surface telle que décrite présente toutefois l'inconvénient de n'être efficace que lorsque la température de fonctionnement du câble est élevée. Par ailleurs, cette solution n'est a priori applicable que dans le cas de l'utilisation de conducteurs non-isolés, c'est-à-dire ne comportant pas de couche(s) d'isolation et/ou de protection en périphérie dudit conducteur anodisé. La demande internationale W02014/006410 A2 décrit un câble comprenant une gaine extérieure de protection « tricouche » comprenant une première couche ayant une première conductivité thermique (e.g. alliage d'aluminium commercialisé sous la référence Alloy 825) et une deuxième couche ayant une deuxième conductivité thermique supérieure à la première conductivité thermique (e.g. cuivre), ladite première couche étant recouverte d'une couche de céramique présentant une émissivité élevée. Ladite céramique est commercialisée sous la référence HiE-Coat(TM) 840CM par Aremco Products Inc. Cette gaine extérieure de protection « tricouche » présente toutefois un coût de production élevé (temps de préparation long et matériaux utilisés coûteux).The invention relates to an electrical cable comprising at least one outer protective sheath comprising a carbonaceous agent chosen from carbon nanotubes, graphene and their mixture. It typically, but not exclusively, applies to electrical cables intended for the transmission of energy, in particular to low-voltage (in particular less than 6kV) or medium-voltage (in particular 6 to 45-60 kV) or high-voltage energy cables. voltages (in particular greater than 10 60 kV and up to 800 kV), whether DC or AC, in the fields of overhead, underwater, terrestrial or aeronautics. More particularly, the invention relates to an electrical cable having improved emissivity, i.e., having an improved radiative energy-emitting capability. Indeed, in a running cable, that is to say under voltage and crossed by an electric current, a portion of the electrical energy is dissipated in the form of heat (ie in the form of thermal energy) by joule effect in the conductors and by dielectric losses in the insulators. These two phenomena, well known to those skilled in the art, lead to an increase in the temperature of the cable during its operation. Thus, in order to be able to operate safely, an electric cable is defined by a maximum permissible current and voltage in said cable without excessive heating occurring, i.e., without a critical temperature. not be exceeded. The maximum permissible temperatures according to the intended application and the insulation systems used are for example defined in the IEC 60502-1 standard. Patent application FR 2 996 951 A1 discloses an electrical cable comprising at least one elongated electrically conductive element 30 made of aluminum or of aluminum and zirconium alloy, said elongate electrically conductive element having on its surface a porous layer of hydroxide of alumina obtained by surface oxidation (eg anodization). 3029004 2 The presence of this layer makes it possible to improve the emissivity of the electric cable and thus to increase its electrical capacitance (i.e. the amount of current allowed). Surface oxidation as described, however, has the disadvantage of being effective only when the operating temperature of the cable is high. Furthermore, this solution is a priori applicable only in the case of the use of non-insulated conductors, that is to say having no layer (s) of insulation and / or protection at the periphery said anodized conductor. The international application W02014 / 006410 A2 describes a cable comprising a "three-layer" outer protective sheath comprising a first layer having a first thermal conductivity (eg aluminum alloy sold under the reference Alloy 825) and a second layer having a second thermal conductivity. greater than the first thermal conductivity (eg copper), said first layer being covered with a ceramic layer having a high emissivity. Said ceramic is sold under the reference HiE-Coat (TM) 840CM by Aremco Products Inc. This outer sheath protection "trilayer" however has a high production cost (long preparation time and expensive used materials).
Ainsi, le but de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques de l'art antérieur en proposant un câble électrique économique, présentant une émissivité améliorée, tout en garantissant de bonnes propriétés électriques et mécaniques. La présente invention a pour objet un câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé et une gaine extérieure de protection comprenant au moins un matériau polymère et entourant ledit élément électriquement conducteur allongé, ladite gaine extérieure de protection étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un agent carboné choisi parmi les nanotubes de carbone, le graphène et leur mélange.Thus, the object of the present invention is to overcome the disadvantages of prior art techniques by providing an economical electrical cable, having an improved emissivity, while ensuring good electrical and mechanical properties. The subject of the present invention is an electrical cable comprising at least one elongated electrically conductive element and an outer protective sheath comprising at least one polymeric material and surrounding said elongate electrically conductive element, said outer protective sheath being characterized in that it comprises in addition, a carbonaceous agent chosen from carbon nanotubes, graphene and their mixture.
Grâce à cette gaine extérieure de protection comprenant un agent carboné choisi parmi les nanotubes de carbone, le graphène et leur mélange, le courant admissible du câble de l'invention est augmenté par rapport à un 3029004 3 câble dont l'élément électriquement conducteur allongé aurait une section équivalente, ou le coût de production du câble de l'invention est diminué (puisque la section de l'élément électriquement conducteur est diminuée) par rapport à un câble dont l'élément électriquement conducteur allongé aurait un 5 courant admissible équivalent. La gaine extérieure de protection peut comprendre au plus 40,0% en masse d'agent carboné, de préférence de 0,01 à 30,0% en masse environ d'agent carboné et de préférence encore de 0,01 à 15,0% en masse environ d'agent carboné, par rapport à la masse totale de ladite gaine.Thanks to this outer protective sheath comprising a carbonaceous agent chosen from carbon nanotubes, graphene and their mixture, the permissible current of the cable of the invention is increased compared to a cable whose elongated electrically conductive element would have an equivalent section, or the cost of producing the cable of the invention is decreased (since the section of the electrically conductive element is decreased) with respect to a cable whose elongated electrically conductive element would have an equivalent permissible current. The outer protective sheath may comprise at most 40.0% by weight of carbonaceous agent, preferably from 0.01 to 30.0% by weight of carbonaceous material and more preferably from 0.01 to 15.0% by weight. about 70% by weight of carbonaceous agent, based on the total mass of said sheath.
10 Les nanotubes de carbone peuvent être de plusieurs types. Ils peuvent être choisis parmi les nanotubes de carbone à simple paroi (bien connus sous l'anglicisme Single Wall Carbon Nanotubes, SWNT), les nanotubes de carbone double-parois, les nanotubes de carbone multi-parois (bien connus sous l'anglicisme Multi Wall Carbon Nanotubes, MWNT) et un de 15 leurs mélanges. Dans un mode de réalisation particulier, les nanotubes de carbone présentent un diamètre moyen allant de 1 à 50 nm environ, et notamment une longueur allant de 0,1 à 10 dam environ. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, l'agent carboné 20 est des nanotubes de carbone. Dans la présente invention, la gaine extérieure de protection représente la couche la plus externe du câble de l'invention. Ainsi, le câble électrique ne comprend pas de couche(s) continue(s) ou discontinue(s) entourant ladite gaine.Carbon nanotubes can be of several types. They can be chosen from single-walled carbon nanotubes (well known under the Anglicism Single Wall Carbon Nanotubes, SWNT), double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes (well known under the Anglicism Multi Wall Carbon Nanotubes, MWNT) and one of their mixtures. In a particular embodiment, the carbon nanotubes have a mean diameter ranging from 1 to about 50 nm, and in particular a length ranging from 0.1 to about 10 amps. According to a preferred embodiment of the invention, the carbonaceous agent is carbon nanotubes. In the present invention, the outer protective sheath represents the outermost layer of the cable of the invention. Thus, the electric cable does not include a layer (s) continuous (s) or discontinuous (s) surrounding said sheath.
25 La gaine extérieure de protection peut présenter une émissivité allant de 0,7 à 1,0 environ, et de préférence allant de 0,9 à 1,0 environ. Dans la présente invention, l'émissivité est mesurée de la façon suivante : - Une plaque constituée d'un matériau dont l'émissivité doit être 30 mesurée est chauffée à 90°C environ à l'aide d'une plaque chauffante 3029004 4 conventionnelle contrôlée en température. La température réelle Tréelle de l'échantillon de test est mesurée à l'aide d'un thermocouple de type K préalablement étalonné et placé à la surface dudit échantillon. - La mesure d'émissivité est effectuée par méthode inverse à l'aide 5 d'une caméra thermique FLIR ThermaCAM T360 placée à 60 cm au-dessus de l'échantillon : la température de l'échantillon de test Ttest est mesurée à l'aide de la caméra thermique avec l'hypothèse d'une émissivité Etest de 0,92. L'émissivité réelle Eréelle est alors recalculée à l'aide de l'équation de conservation du flux de chaleur suivante : Eréelle =EtestXTtest4r réelle4- 10 La gaine extérieure de protection peut présenter une épaisseur allant de 0,03 mm à 10 mm environ, et de préférence allant de 0,5 mm à 5 mm environ. Le matériau polymère de la gaine extérieure de protection du câble de l'invention peut être choisi parmi les polymères réticulés et non réticulés, les 15 polymères du type inorganique et du type organique. Le matériau polymère de la gaine extérieure de protection peut être un homo- ou un co-polymère ayant des propriétés thermoplastiques et/ou élastomères. Les polymères du type inorganique peuvent être des 20 polyorganosiloxanes. Les polymères du type organique peuvent être des polyoléfines, des polyuréthanes, des polyamides, des polyesters, des polyvinyliques ou des polymères halogénés tels que des polymères fluorés (e.g. polytétrafluoroéthylène PTFE) ou des polymères chlorés 25 (e.g. polychlorure de vinyle PVC). Les polyoléfines peuvent être choisies parmi les polymères d'éthylène et de propylène. A titre d'exemple de polymères d'éthylène, on peut citer les polyéthylènes linéaires basse densité (LLDPE), les polyéthylènes basse densité (LDPE), les polyéthylènes moyenne densité (MDPE), les polyéthylènes haute 30 densité (HDPE), les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), les copolymères d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA), d'acrylate de 3029004 5 méthyle (EMA), de 2-hexyléthyl acrylate (2HEA), les copolymères d'éthylène et d'alpha-oléfines tels que par exemple les polyéthylène-octène (PEO), les copolymères d'éthylène et de propylène (EPR), les copolymères d'éthylène/éthyle acrylate (EEA), ou les terpolymères d'éthylène et de 5 propylène (EPT) tels que par exemple les terpolymères d'éthylène propylène diène monomère (EPDM). Dans la présente invention, l'expression « polyéthylène basse densité » signifie un polyéthylène ayant une densité allant de 0,91 à 0,925 environ. Dans la présente invention, l'expression « polyéthylène haute densité » 10 signifie un polyéthylène ayant une densité allant de 0,94 à 0,965 environ. Le matériau polymère préféré de la gaine extérieure de protection est un polyéthylène, en particulier un polyéthylène haute densité (HDPE). La gaine extérieure de protection peut comprendre au moins 60% en masse environ, de préférence de 70 à 99,99% en masse environ, et de 15 préférence encore de 85 à 99,99% en masse environ de matériau polymère, par rapport à la masse totale de la gaine extérieure de protection. La gaine extérieure de protection du câble de l'invention peut comprendre des additifs bien connus de l'homme du métier tels que des plastifiants, des lubrifiants, des cires, des stabilisants UV, des absorbeurs UV, 20 des antioxydants, des agents antistatiques ou des agents de réticulation (e.g. peroxydes, silanes). La gaine extérieure de protection ne comprend pas de préférence d'agents de renforts tels que des fibres de verre, des fibres de carbone ou des fibres d'aramide. En effet, les agents de renforts peuvent modifier les 25 propriétés électriques, mécaniques ou thermiques de la gaine extérieure de protection. En outre, les fibres de verre ne vont pas améliorer l'émissivité d'un matériau polymère, elles ne favorisent donc pas la dissipation de chaleur. Afin de garantir un câble dit HFFR pour l'anglicisme « Halogen-Free Flame Retardant », la gaine extérieure de protection ne comprend pas de 30 préférence de composés halogénés. Ces composés halogénés peuvent être de toutes natures, tels que par exemple des polymères fluorés ou des polymères 3029004 6 chlorés comme le polychlorure de vinyle (PVC), des plastifiants halogénés, des charges minérales halogénées, ...etc. La gaine extérieure de protection peut comprendre en outre au moins une charge minérale ignifugeante hydratée. Cette charge minérale 5 ignifugeante hydratée agit principalement par voie physique en se décomposant de manière endothermique (e.g. libération d'eau), ce qui a pour conséquence d'abaisser la température de la gaine et de limiter la propagation des flammes le long du câble. On parle notamment de propriétés de retard à la flamme, bien connues sous l'anglicisme « flame retardant ».The outer protective sheath may have an emissivity of from about 0.7 to 1.0, and preferably from about 0.9 to about 1.0. In the present invention, the emissivity is measured as follows: A plate made of a material whose emissivity is to be measured is heated to about 90 ° C. by means of a conventional heating plate 3029004 controlled temperature. The true temperature of the test sample is measured using a K-type thermocouple previously calibrated and placed on the surface of said sample. The emissivity measurement is carried out by inverse method using a FLIR ThermaCAM T360 thermal imaging camera placed at 60 cm above the sample: the temperature of the test sample Ttest is measured at using the thermal camera with the assumption of an emissivity Etest of 0.92. The real emissivity Ereelle is then recalculated with the aid of the conservation equation of the following heat flux: Ereelle = EtestXTtest4r real4- The outer protective sheath may have a thickness ranging from 0.03 mm to 10 mm, and preferably from about 0.5 mm to about 5 mm. The polymeric material of the outer protective sheath of the cable of the invention may be selected from cross-linked and non-crosslinked polymers, polymers of the inorganic type and of the organic type. The polymeric material of the outer protective sheath may be a homo- or co-polymer having thermoplastic and / or elastomeric properties. The inorganic type polymers may be polyorganosiloxanes. The organic type polymers may be polyolefins, polyurethanes, polyamides, polyesters, polyvinyls or halogenated polymers such as fluorinated polymers (e.g. polytetrafluoroethylene PTFE) or chlorinated polymers (e.g. polyvinyl chloride PVC). The polyolefins may be chosen from ethylene and propylene polymers. By way of example of ethylene polymers, linear low density polyethylenes (LLDPE), low density polyethylenes (LDPE), medium density polyethylenes (MDPE), high density polyethylenes (HDPE), copolymers may be mentioned. ethylene and vinyl acetate (EVA) copolymers of ethylene and butyl acrylate (EBA), methyl acrylate (EMA), 2-hexylethyl acrylate (2HEA), copolymers ethylene and alpha-olefins such as for example polyethylene octene (PEO), copolymers of ethylene and propylene (EPR), copolymers of ethylene / ethyl acrylate (EEA), or terpolymers of ethylene and propylene (EPT) such as, for example, terpolymers of ethylene propylene diene monomer (EPDM). In the present invention, the term "low density polyethylene" means a polyethylene having a density of from about 0.91 to about 0.925. In the present invention, the term "high density polyethylene" means a polyethylene having a density of from about 0.94 to about 0.965. The preferred polymeric material of the outer protective sheath is polyethylene, particularly high density polyethylene (HDPE). The outer protective sheath may comprise at least about 60% by weight, preferably from about 70 to about 99.99% by weight, and more preferably from about 85 to about 99.99% by weight of polymeric material, relative to the total mass of the outer protective sheath. The outer protective sheath of the cable of the invention may comprise additives well known to those skilled in the art such as plasticizers, lubricants, waxes, UV stabilizers, UV absorbers, antioxidants, antistatic agents or the like. crosslinking agents (eg peroxides, silanes). The outer protective sheath preferably does not include reinforcing agents such as glass fibers, carbon fibers or aramid fibers. Indeed, the reinforcing agents can modify the electrical, mechanical or thermal properties of the outer protective sheath. In addition, the glass fibers do not improve the emissivity of a polymer material, they do not therefore promote the dissipation of heat. In order to guarantee a so-called HFFR cable for the "Halogen-Free Flame Retardant" anglicism, the outer protective sheath preferably does not include halogenated compounds. These halogenated compounds can be of any kind, such as, for example, fluorinated polymers or chlorinated polymers such as polyvinyl chloride (PVC), halogenated plasticizers, halogenated mineral fillers, etc. The outer protective sheath may further comprise at least one hydrated flame retardant mineral filler. This hydrated flame retardant inorganic filler acts primarily physically by decomposing endothermically (e.g., water release), which results in lowering the jacket temperature and limiting the spread of flame along the cable. In particular, we speak of flame retardancy properties, well known under the Anglicism "flame retardant".
10 La gaine extérieure de protection peut comprendre au moins 1% en masse environ, de préférence au moins 10% en masse environ, et de préférence encore au moins 50% en masse environ de charge minérale ignifugeante hydratée, par rapport à la masse totale de la gaine. La charge minérale ignifugeante hydratée peut être un hydroxyde 15 métallique tel que l'hydroxyde de magnésium ou le trihydroxyde d'aluminium. La gaine extérieure de protection peut comprendre en outre au moins une charge inerte (ou charge non combustible). La charge inerte peut être de la craie, du talc ou de l'argile (e.g. kaolin).The outer protective sheath may comprise at least about 1% by weight, preferably at least about 10% by weight, and more preferably at least about 50% by weight of hydrated flame retardant mineral filler, based on the total weight of sheath. The hydrated flame retardant inorganic filler may be a metal hydroxide such as magnesium hydroxide or aluminum trihydroxide. The outer protective sheath may further comprise at least one inert filler (or non-combustible filler). The inert filler may be chalk, talc, or clay (eg kaolin).
20 La gaine extérieure de protection peut comprendre au moins 1% en masse environ, de préférence au moins 10% en masse environ, et de préférence encore au moins 50% en masse environ de charge inerte, par rapport à la masse totale de la gaine. La gaine extérieure de protection peut comprendre en outre une ou 25 plusieurs charges conductrices, différentes de l'agent carboné tel que défini dans l'invention. La gaine extérieure de protection peut comprendre au moins 1% en masse environ, de préférence au moins 10% en masse environ, et de préférence encore au moins 50% en masse environ desdites charges 30 conductrices différentes de l'agent carboné, par rapport à la masse totale de la gaine.The outer protective sheath may comprise at least about 1% by weight, preferably at least about 10% by weight, and more preferably at least about 50% by weight of the inert filler, based on the total weight of the sheath. . The outer protective sheath may further comprise one or more conductive fillers, different from the carbonaceous agent as defined in the invention. The outer protective sheath may comprise at least about 1 wt.%, Preferably at least about 10 wt.%, And more preferably at least about 50 wt.% Of said different conductive fillers of the carbonaceous material, relative to the total mass of the sheath.
3029004 7 Dans un mode de réalisation particulier, le câble de l'invention comprend en outre au moins une couche électriquement isolante. Dans la présente invention, l'expression « couche électriquement isolante » signifie une couche dont la conductivité électrique peut être d'au 5 plus 1.10-8 S/m (à 25°C en courant continu). Dans la présente invention, la conductivité électrique est mesurée selon la norme ISO 3915 avec un sourcemètre (source de courant et mesure de tension) vendu sous la dénomination commerciale 2611A par la société Keithley.In a particular embodiment, the cable of the invention further comprises at least one electrically insulating layer. In the present invention, the term "electrically insulating layer" means a layer whose electrical conductivity can be at most 1.10-8 S / m (at 25 ° C DC). In the present invention, the electrical conductivity is measured according to ISO 3915 with a sourcemeter (current source and voltage measurement) sold under the trade name 2611A by Keithley.
10 La couche électriquement isolante peut comprendre au moins un matériau polymère. Le matériau polymère de la couche électriquement isolante du câble de l'invention peut être choisi parmi les polymères réticulés et non réticulés, les polymères du type inorganique et du type organique.The electrically insulating layer may comprise at least one polymeric material. The polymer material of the electrically insulating layer of the cable of the invention may be chosen from crosslinked and non-crosslinked polymers, polymers of the inorganic type and of the organic type.
15 Le matériau polymère de la couche électriquement isolante peut être un homo- ou un co-polymère ayant des propriétés thermoplastiques et/ou élastomères. Les polymères du type inorganique peuvent être des polyorganosiloxanes.The polymeric material of the electrically insulating layer may be a homo- or co-polymer having thermoplastic and / or elastomeric properties. The polymers of the inorganic type may be polyorganosiloxanes.
20 Les polymères du type organique peuvent être des polyoléfines, des polyuréthanes, des polyamides, des polyesters, des polyvinyliques ou des polymères halogénés tels que des polymères fluorés (e.g. polytétrafluoroéthylène PTFE) ou des polymères chlorés (e.g. polychlorure de vinyle PVC).Polymers of the organic type may be polyolefins, polyurethanes, polyamides, polyesters, polyvinyls or halogenated polymers such as fluorinated polymers (e.g. polytetrafluoroethylene PTFE) or chlorinated polymers (e.g. polyvinyl chloride PVC).
25 Les polyoléfines peuvent être choisies parmi les polymères d'éthylène et de propylène. A titre d'exemple de polymères d'éthylène, on peut citer les polyéthylènes linéaires basse densité (LLDPE), les polyéthylènes basse densité (LDPE), les polyéthylènes moyenne densité (MDPE), les polyéthylènes haute densité (HDPE), les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), les 30 copolymères d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA), d'acrylate de 3029004 8 méthyle (EMA), de 2-hexyléthyl acrylate (2HEA), les copolymères d'éthylène et d'alpha-oléfines tels que par exemple les polyéthylène-octène (PEO), les copolymères d'éthylène et de propylène (EPR), les copolymères d'éthylène/éthyle acrylate (EEA), ou les terpolymères d'éthylène et de 5 propylène (EPT) tels que par exemple les terpolymères d'éthylène propylène diène monomère (EPDM). Le matériau polymère préféré de la couche électriquement isolante est choisi parmi les polyéthylènes réticulés et les terpolymères d'éthylène propylène diène monomère (EPDM).The polyolefins may be chosen from ethylene and propylene polymers. By way of example of ethylene polymers, mention may be made of linear low density polyethylenes (LLDPE), low density polyethylenes (LDPE), medium density polyethylenes (MDPE), high density polyethylenes (HDPE), copolymers of ethylene and vinyl acetate (EVA), copolymers of ethylene and butyl acrylate (EBA), methyl acrylate (EMA), 2-hexylethyl acrylate (2HEA), copolymers ethylene and alpha-olefins such as for example polyethylene octene (PEO), copolymers of ethylene and propylene (EPR), copolymers of ethylene / ethyl acrylate (EEA), or terpolymers of ethylene and propylene (EPT) such as, for example, terpolymers of ethylene propylene diene monomer (EPDM). The preferred polymeric material of the electrically insulating layer is selected from crosslinked polyethylenes and terpolymers of ethylene propylene diene monomer (EPDM).
10 La couche électriquement isolante du câble de l'invention ne comprend pas de préférence d'agent carboné choisi parmi les nanotubes de carbone, le graphène et leur mélange, afin d'éviter la modification des propriétés électriques de ladite couche. Selon une première forme de réalisation, le câble électrique comprend 15 entre l'élément électriquement conducteur allongé et la gaine extérieure de protection, une couche électriquement isolante telle que définie dans l'invention, entourant l'élément électriquement conducteur allongé et étant en contact physique direct avec ledit élément électriquement conducteur allongé. Dans ce cas, la gaine extérieure de protection entoure la couche 20 électriquement isolante et peut être en contact physique direct avec celle-ci. On parle dans cette première forme de réalisation de câble basse tension. Selon une deuxième forme de réalisation, le câble électrique comprend en outre entre l'élément électriquement conducteur allongé et la gaine 25 extérieure de protection : - une première couche semi-conductrice entourant l'élément électriquement conducteur allongé, - une couche électriquement isolante entourant la première couche semi-conductrice telle que définie dans l'invention, et 3029004 9 - une deuxième couche semi-conductrice entourant la couche électriquement isolante. Dans ce cas, la gaine extérieure de protection entoure la deuxième couche semi-conductrice, et peut être en contact physique direct avec celle-ci.The electrically insulating layer of the cable of the invention preferably does not comprise a carbonaceous agent chosen from carbon nanotubes, graphene and their mixture, in order to avoid modifying the electrical properties of said layer. According to a first embodiment, the electric cable comprises between the elongated electrically conductive element and the outer protective sheath, an electrically insulating layer as defined in the invention, surrounding the elongate electrically conductive element and being in physical contact direct with said elongate electrically conductive member. In this case, the outer protective sheath surrounds the electrically insulating layer and may be in direct physical contact therewith. In this first embodiment of low voltage cable is spoken. According to a second embodiment, the electrical cable further comprises between the elongated electrically conductive element and the outer protective sheath: a first semiconductor layer surrounding the elongated electrically conductive element, an electrically insulating layer surrounding the elongated electrically conductive element; first semiconductor layer as defined in the invention, and a second semiconductor layer surrounding the electrically insulating layer. In this case, the outer protective sheath surrounds the second semiconductor layer, and may be in direct physical contact therewith.
5 On parle dans cette deuxième forme de réalisation de câble moyenne ou haute tension. Dans la présente invention, l'expression « couche semi-conductrice » signifie une couche dont la conductivité électrique peut être d'au moins 1.10-8 S/m (siemens par mètre), de préférence d'au moins 1.10-3 S/m, et de 10 préférence inférieure à 1.103 S/m (à 25°C en courant continu). Dans un mode de réalisation particulier, la première couche semi-conductrice, la couche électriquement isolante et la deuxième couche semi-conductrice constituent une isolation tricouche. En d'autres termes, la couche électriquement isolante est en contact physique direct avec la première 15 couche semi-conductrice, et la deuxième couche semi-conductrice est en contact physique direct avec la couche électriquement isolante. Le câble électrique peut comprendre en outre un écran métallique entourant la deuxième couche semi-conductrice. Dans ce cas, la gaine extérieure de protection entoure ledit écran métallique et peut être en contact 20 physique direct avec celui-ci. Cet écran métallique peut être un écran dit « filaire » composé d'un ensemble de conducteurs en cuivre ou en aluminium arrangé autour et le long de la deuxième couche semi-conductrice, un écran dit « rubané » composé d'un ou de plusieurs rubans métalliques conducteurs en cuivre ou en 25 aluminium posé(s) éventuellement en hélice autour de la deuxième couche semi-conductrice, ou d'un écran dit « étanche » de type tube métallique composé éventuellement de plomb ou d'alliage de plomb et entourant la deuxième couche semi-conductrice. Ce dernier type d'écran permet notamment de faire barrière à l'humidité ayant tendance à pénétrer le câble 30 électrique en direction radiale. L'écran métallique du câble électrique de l'invention peut comprendre 3029004 10 un écran dit « filaire » et un écran dit « étanche » ou un écran dit « filaire » et un écran dit « rubané ». Tous les types d'écrans métalliques peuvent jouer le rôle de mise à la terre du câble électrique et peuvent ainsi transporter des courants de défaut, 5 par exemple en cas de court-circuit dans le réseau concerné. D'autres couches, telles que des couches gonflantes en présence d'humidité peuvent être ajoutées entre la deuxième couche semi-conductrice et l'écran métallique ou entre l'écran métallique et la gaine extérieure de protection lorsqu'ils existent, ces couches permettant d'assurer l'étanchéité 10 longitudinale du câble électrique à l'eau. La gaine extérieure de protection du câble de l'invention peut être une gaine électriquement isolante ou une gaine semi-conductrice. Dans la présente invention, l'expression « gaine électriquement isolante » signifie une gaine dont la conductivité électrique peut être d'au plus 15 1.10-8 S/m (à 25°C en courant continu). Dans la présente invention, l'expression « gaine semi-conductrice » signifie une couche dont la conductivité électrique peut être d'au moins 1.10-8 S/m (siemens par mètre), de préférence d'au moins 1.10-3 S/m, et de préférence inférieure à 1.103 S/m (à 25°C en courant continu).In this second embodiment of medium or high voltage cable is spoken. In the present invention, the term "semiconductor layer" means a layer whose electrical conductivity can be at least 1.10-8 S / m (siemens per meter), preferably at least 1.10-3 S / m. m, and preferably below 1.103 S / m (at 25 ° C direct current). In a particular embodiment, the first semiconductor layer, the electrically insulating layer and the second semiconductor layer constitute a three-layer insulation. In other words, the electrically insulating layer is in direct physical contact with the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer is in direct physical contact with the electrically insulating layer. The electrical cable may further comprise a metal screen surrounding the second semiconductor layer. In this case, the outer protective sheath surrounds said metal shield and may be in direct physical contact therewith. This metal screen may be a "wired" screen composed of a set of copper or aluminum conductors arranged around and along the second semiconductor layer, a so-called "ribbon" screen composed of one or more ribbons conductive metallic copper or aluminum placed (s) optionally helically around the second semiconductor layer, or a so-called "sealed" screen of metal tube type optionally comprising lead or lead alloy and surrounding the second semiconductor layer. This last type of screen makes it possible in particular to provide a barrier to moisture that tends to penetrate the electrical cable in the radial direction. The metal screen of the electric cable of the invention may comprise a so-called "wired" screen and a so-called "waterproof" screen or a so-called "wired" screen and a "ribbon" screen. All types of metal screens can act as grounding of the electric cable and can thus carry fault currents, for example in the event of a short circuit in the network concerned. Other layers, such as swelling layers in the presence of moisture can be added between the second semiconductor layer and the metal screen or between the metal screen and the outer protective sheath where they exist, these layers allowing to ensure the longitudinal seal of the electric cable to water. The outer protective sheath of the cable of the invention may be an electrically insulating sheath or a semiconductor sheath. In the present invention, the term "electrically insulating sheath" means a sheath whose electrical conductivity can be at most 1.10-8 S / m (at 25 ° C direct current). In the present invention, the term "semiconductor sheath" means a layer whose electrical conductivity can be at least 1.10-8 S / m (siemens per meter), preferably at least 1.10-3 S / m. m, and preferably less than 1.103 S / m (at 25 ° C in direct current).
20 Le caractère isolant ou semi-conducteur de la gaine extérieure de protection du câble de l'invention dépend de nombreux paramètres tels que la nature de l'agent carboné et sa teneur, la nature du (ou des) matériau(x) polymère(s) et sa (leur) teneur, l'ajout de charges conductrices différentes de l'agent carboné et leur teneur, ainsi que des conditions de fabrication. A titre 25 d'exemple, lorsque l'agent carboné est des nanotubes de carbone, la température de mise en oeuvre ainsi que les conditions de cisaillement peuvent induire ou empêcher la formation d'un réseau conducteur constitué de ces particules conductrices, par percolation. L'élément électriquement conducteur allongé du câble de l'invention 30 est de préférence en position centrale (en coupe transversale du câble) dans le câble.The insulative or semiconducting nature of the outer protective sheath of the cable of the invention depends on numerous parameters such as the nature of the carbonaceous agent and its content, the nature of the polymer material (s) ( s) and its (their) content, the addition of different conductive fillers of the carbonaceous agent and their content, as well as the conditions of manufacture. By way of example, when the carbonaceous agent is carbon nanotubes, the operating temperature as well as the shearing conditions can induce or prevent the formation of a conductive network constituted by these conductive particles, by percolation. The elongate electrically conductive member of the cable of the invention is preferably in the center position (in cross-section of the cable) in the cable.
3029004 11 L'élément électriquement conducteur allongé du câble de l'invention peut être un conducteur monocorps tel que par exemple un fil métallique, ou un conducteur multicorps tel qu'une pluralité de fils métalliques torsadés ou non.The elongated electrically conductive element of the cable of the invention may be a single-body conductor such as, for example, a metal wire, or a multi-body conductor such as a plurality of twisted or non-twisted metal wires.
5 Dans un mode de réalisation particulier, le câble de l'invention comprend une pluralité d'éléments électriquement conducteurs allongés. Ainsi, la gaine extérieure de protection entoure la pluralité d'éléments électriquement conducteurs allongés. L'élément électriquement conducteur allongé peut être réalisé à partir 10 d'un matériau métallique notamment choisi parmi l'aluminium, un alliage d'aluminium, du cuivre, un alliage de cuivre, et une de leurs combinaisons. EXEMPLE Deux plaques A et B d'épaisseur 0,8 mm environ ont été préparées sous presse, la plaque A à partir d'un homopolymère d'éthylène réticulé par 15 voie peroxyde, et la plaque B à partir d'un mélange de 99,99% en masse dudit homopolymère d'éthylène réticulé et de 0,01% en masse de nanotubes de carbone multi-parois commercialisés sous la référence Graphistrength C100 par la société Arkema ayant : - une surface spécifique BET d'environ 250 m2/g selon la norme ASTM 20 D 6556, - un diamètre moyen externe d'environ 10 à 15 nm, mesuré par Microscopie Electronique en Transmission (MET), - une longueur allant d'environ 0,1 à environ 10 dam, mesurée par MET, et 25 - un facteur de forme moyen de l'ordre de 100 à 1000 (le facteur de forme correspond au ratio entre la plus grande et la plus petite des dimensions de la particule soit la longueur et le diamètre des nanotubes de carbone, respectivement). La figure 1 montre l'émissivité de la plaque A (à gauche) et l'émissivité 30 de la plaque B (à droite). D'après la figure 1, il apparaît que l'émissivité est 3029004 12 améliorée de 6,4% environ grâce à l'utilisation de 0,01% en masse de nanotubes de carbone.In a particular embodiment, the cable of the invention comprises a plurality of elongated electrically conductive elements. Thus, the outer protective sheath surrounds the plurality of elongated electrically conductive elements. The elongated electrically conductive member may be made from a metallic material especially selected from aluminum, an aluminum alloy, copper, a copper alloy, and a combination thereof. EXAMPLE Two plates A and B approximately 0.8 mm thick were prepared in press, the plate A from a peroxide-crosslinked ethylene homopolymer, and the plate B from a mixture of 99 99% by weight of said crosslinked ethylene homopolymer and 0.01% by weight of multi-walled carbon nanotubes sold under the reference Graphistrength C100 by Arkema having: a BET specific surface area of approximately 250 m 2 / g according to ASTM D 6556, an average external diameter of about 10 to 15 nm, measured by Transmission Electron Microscopy (TEM), a length ranging from about 0.1 to about 10 amps, measured by TEM, and an average form factor of the order of 100 to 1000 (the form factor corresponds to the ratio between the largest and the smallest of the dimensions of the particle being the length and the diameter of the carbon nanotubes, respectively) . Figure 1 shows the emissivity of plate A (left) and the emissivity of plate B (right). From Figure 1, it appears that the emissivity is improved by about 6.4% due to the use of 0.01% by weight of carbon nanotubes.
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