WO2021005215A1 - Dispositif terminal pour câble blinde a isolant mineral - Google Patents

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sleeve
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insulating element
socket
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Denis LECHARPENTIER
Gilles Marie
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Definitions

  • the present invention relates to a terminal device for shielded cable with mineral insulation which offers good hermeticity and very good dielectric strength, several thousand volts, at high temperature, in particular up to 1000 ° C.
  • the shielded cables with mineral insulation are cables consisting of a central metal conductor and a cylindrical hollow metal sheath between which is introduced a refractory insulating powder such as mineral type magnesia, alumina or silica, the outer sheath being made of stainless steel, copper or an Ni-Cr alloy such as that known under the trade name Inconel 600.
  • a refractory insulating powder such as mineral type magnesia, alumina or silica
  • the outer sheath being made of stainless steel, copper or an Ni-Cr alloy such as that known under the trade name Inconel 600.
  • Such cables are fire resistant and are used in places which can accommodate the public such as shopping centers, airports, reception rooms, or in industrial environments comprising risk areas such as nuclear power plants. They are used in particular in many areas of industry in which sensors, heating elements or cables for transmitting electrical signals are used which must withstand environments presenting increasingly severe conditions (temperature, high voltage, etc. humidity,).
  • Such cables thus serve to connect devices spaced from one another and it is therefore necessary to provide means for connecting these cables to the devices, or even cables between them.
  • the cable terminal devices and more generally the connectors are extremely critical parts of these components since they must ensure the electrical continuity of the conductors, prevent the migration of humidity into the insulation while preserving the dielectric strength of the cable .
  • a shielded cable can therefore be an electric heating element or a signal transmission cable with mineral insulator of the magnesia, alumina or silica type and with an outer sheath of stainless steel, copper or an Ni-Cr alloy.
  • FR-A-1 150390 an accessory making it possible to insulate an electric cable, consisting of two ceramic plugs having respectively one end in the form of a cone and connected to each other by a glass seal. These two caps are housed in a metal tube and have a central through bore in which the conductor of the cable can be accommodated.
  • the electric cable consists of a central conductor, housed in an outer sheath, a hygroscopic mineral insulator being placed between the outer sheath and the central conductor.
  • the mineral insulator at the end of the cable has an annular cavity of conical shape in which is housed a conical end of a ceramic plug constituting an insulator.
  • the latter consists of two ceramic caps linked to a glass seal, these two caps being housed in a metal sheath.
  • the tapered end of the insulator fits into the tapered cavity of the cable end while the metal sheath of the insulator is welded to the outer sheath of the cable.
  • a coupling sleeve of cylindrical shape comprising a first inlet which can be mounted on the outer periphery of the metal sheath of a first mineral insulated cable and a second end mounted on the outer periphery of a second cable or of a complementary device, the sleeve thus mounted is directly welded to the external periphery of the connected elements.
  • the sleeve thus forms a cavity in which the electrical conductors are connected.
  • the sleeve has an opening allowing said cavity to be filled with an insulating material.
  • Document US Pat. No. 9,583,933 proposes a mineral insulated cable termination device comprising a conductive element forming a rod and comprising a receiving cavity of the electrical conductor corresponding to a stripped end of the cable, the rod s 'engaging around the conductor into the cable itself.
  • a sealing ring is also placed between the metal rod and the mineral insulation contained in the sheath.
  • the metal rod is placed an insulating sleeve. To prevent moisture from corrupting the mineral insulation, the end is heated during assembly.
  • the sealing ring is inserted between the mineral insulator and the electrical conductor after having removed a part of the mineral insulation around the conductor or the end of the termination device is tapered to wedge itself. in the mineral insulation.
  • Such a device also requires O-rings to ensure airtightness, which limits use at high temperatures. The waterproofing can therefore deteriorate over time due to the aging of the materials, moisture can enter, etc.
  • terminal devices of the type hermetic glass-metal feedthroughs which typically withstand 500 ° C or ceramic-metal having a resistance up to 1000 ° C.
  • this type of connector requires the ceramic insulation to be exposed. and the conductor of the cable during stripping, thus leaving the possibility for an electric arc to form in service between the conductor and the shielding. This risk is all the greater when the cable operates at high voltage (for example for a shielded heating element or a signal transmission cable connected to specific detectors). High voltages are then not applicable permanently.
  • Such a termination element is thus described in FR-B-2 988 514 in which the end of a mineral insulated cable carries an end sleeve consisting of a sleeve tube provided at one end with an element ceramic insulator having two through holes in which end tubes are housed, the other end being mounted on the end of the stripped cable, a mineral insulating material being introduced between the end of the cable and the ceramic element.
  • the stripped conductor thus passes through the insulating material, then the ceramic element through the end tubes.
  • a mineral insulator is introduced into the empty space of the terminal sleeve, which is placed between that of the cable and the ceramic insulating element. In this case, too, the compactness of the mineral insulation is difficult to control.
  • the present invention provides a terminal device in which the dielectric strength is guaranteed (several thousand volts), which can be used under severe environmental conditions such as high temperatures for example up to 1000 ° C while being of a simple design and easy to implement on a shielded cable with mineral insulation.
  • the invention relates to a terminal device for a mineral insulated cable, this terminal device to be understood as a device forming the final end of a cable or a device forming a connector with another cable or device for example, making it possible to overcome the drawbacks of existing devices.
  • the invention relates to a terminal device for a mineral-insulated cable, comprising a metal sleeve, one end of which is intended to be fixed to the end of the cable and a ceramic insulating element, characterized in that said element Ceramic insulation consists of a cylinder housed in the socket, with a protruding end of said socket and its opposite end having a bore, housed in the socket, said end of the cylinder housed in the socket having a tapered shape.
  • such a terminal device can be mounted at the end of a mineral insulated cable which has been stripped so that the stripped conductor of the cable can be engaged in the socket and then in the bore of the ceramic insulating element, the sleeve being positioned on the outer periphery of the cable to be fixed there, the tapered shape of the insulating element allowing a progressive advance of the insulating element in the form of a cylinder against the insulation mineral, which allows the ceramic cylinder to exert a compressive stress on the surface of the mineral insulator.
  • the stripping causes a local loss of compactness of the insulation, the compressive stress against this insulation of the tapered tip of the ceramic insulation element restores this compactness, allowing the cable to cover a uniform dielectric barrier, without weak point.
  • the escape route is thus advantageously lengthened since the conductor and the metal sheath of the cable are no longer facing each other.
  • the electric arc to form must travel a far greater escape route, outside the terminal device. This implies a much higher breakdown voltage.
  • the socket is fixed by soldering with the ceramic insulating element.
  • the tapered end of the ceramic cylinder is tapered.
  • the ceramic insulating element has a bore, the projecting end of the sleeve of which is closable, the terminal device thus constituting a device for terminating the mineral insulated cable.
  • the stripped conductor is engaged in the socket to engage in the bore, the socket being engaged on the outer periphery of the cable to be fixed therein while the tapered end of the cylinder surrounding the conductor comes to rest on the mineral insulator surrounding said conductor in order to compress it.
  • the ceramic insulating element has a through bore at the end of which a metal tube is mounted, fixed for example by soldering on the ceramic insulating element, at the end of the insulating element protruding from the socket, the terminal device thus forming a connector device.
  • this terminal device can be attached to the end of a mineral cable which has been stripped beforehand, so that the stripped conductor is engaged in the socket to engage in the bore passing through the cylinder and protruding from the terminal device through the tube, the sleeve being engaged on the outer periphery of the cable to be fixed therein while the tapered end of the cylinder surrounding the conductor bears on the surface of the surrounding mineral insulation said conductor to compress it.
  • the terminal device may further comprise a sleeve in which the ceramic insulating element and the metal tube are mounted, the sleeve being mounted in the socket.
  • the end of the sleeve intended to be mounted on the outer periphery of the cable can be fixed to the outer sheath of the cable by crimping.
  • the end of the socket has fixing means intended to cooperate with complementary fixing means provided at the outer periphery of the end of the cable, the cooperation of the socket / cable preferably making it possible to generate the compressive force exerted by the tapered tip of the cylinder on the mineral insulation.
  • the additional fixing means consist of an internal thread formed on the inner wall of the sleeve and of a threaded ring provided on the outer sheath of the cable, the screwing of the sleeve on the ring advantageously allowing generate the compressive force of the tip of the cylinder on the mineral insulator.
  • the inorganic insulation of the cable and the ceramic insulating element remain in compression, thus offering a dielectric barrier to the cable, even under high temperature conditions.
  • a socket / sleeve assembly can accommodate several ceramic insulating elements and associated metal tubes, all of which can be accommodated in said socket / sleeve assembly but respectively having a bore adapted to a different conductor diameter. These different conductor diameters generally lead to different cable diameters and in this case, the threaded ring cooperating with the sleeve is adapted to the diameter of the cable.
  • a terminal device whether in the termination or connector mode, therefore makes it possible to obtain a cable with a device sealed in particular by high-temperature solder and perfectly hermetic without there being any organic materials. no seal, and only with metal and ceramic.
  • the device according to the invention is focused on uses in “severe environment” and safety (nuclear for example).
  • the invention also relates to a shielded mineral insulated cable comprising at one end a terminal device comprising a metal sleeve, one end of which is fixed to the outer periphery of the end of the cable and a ceramic insulating element, characterized in that said ceramic insulating member consists of a cylinder housed in the socket at one end having a bore into which the stripped conductor of the cable is inserted, said end of the cylinder housed in the socket further having a tapered shape in compression against the mineral insulation surrounding the conductor.
  • FIG.1 a longitudinal sectional view of a first embodiment of a terminal device according to the invention
  • FIG. 2 a longitudinal sectional view of a mineral insulated cable provided with the terminal device according to Figure 1;
  • FIG. 3 a perspective view of a terminal device according to the invention when it is mounted on a cable;
  • FIG. 4 a side perspective view of the cable according to FIG. 1;
  • FIG.5 a perspective view of a second embodiment of a terminal device according to the invention.
  • FIG. 6 a longitudinal sectional view of a third exemplary embodiment of a terminal device according to the invention.
  • FIG. 7 a longitudinal sectional view of a fourth embodiment of a terminal device according to the invention.
  • FIG. 8 a longitudinal sectional view of a fifth embodiment of a terminal device according to the invention.
  • the terminal device 1 according to the invention is intended to be placed on a mineral insulated cable 2.
  • Such a cable 2 consists of a central metallic conductor wire 21 and a metallic outer sheath 22 surrounding said conductor wire 21, an inorganic insulating material 23 being inserted between the two.
  • a terminal device 1 according to the invention is placed at its end.
  • the cable 2 is stripped, exposing the central conductive wire 21 over a certain length.
  • This device 1 comprises a metal sleeve 3 and a ceramic insulating element consisting of a cylinder 4 housed in said sleeve 3.
  • This sleeve 3 or base (or fitting) is soldered onto the ceramic insulating element 4.
  • This type of termination can be qualified as monobloc.
  • the socket 3 has an end for fixing to the end of the cable 2, in particular by positioning itself around the outer sheath 22.
  • the socket 3 has means for fixing to the cable 2.
  • these fixing means consist of an internal thread formed on the inner wall of the fixing end of the sleeve 3 and intended to cooperate with a thread formed on the outer wall of a ring 5 fixed to the end of the outer sheath 22.
  • This ring 5 is in particular fixed by brazing on the sheath 22.
  • a shoulder 31 is provided in the internal bore of the sleeve 3 so that by screwing the sleeve 3 on the ring 5, the end of the ring 5 and / or the sheath 22 could come in abutment against said shoulder 31.
  • a fixing part 32 of the sleeve 3 extending between its end and the shoulder 31 and having, for example the thread and a receiving part 33, after the shoulder 31 up to 'at the other end of the socket 3, in which the ceramic cylinder 4 is housed.
  • the ceramic cylinder 4 of the device of the invention has a through bore 41, preferably central. This bore 41 is shaped to receive the central conductor 21 stripped of the cable 2.
  • a metal tube 6 extending partly in the bore 41 and partly projecting from the cylinder 4 and through which can also engage the bare conductive wire 21.
  • This tube 6 is attached to the element ceramic insulator 4 by solder. It is also possible to close the bore 41, once the conducting wire is engaged, thus forming a cable with a final end formed by the device.
  • the metal tube 6 may be in the manner of a cap 60 which is attached to the end of the cylinder 4.
  • the cylinder 4 has a circular cross section, the diameter of which is equivalent to the internal diameter of the sleeve 3, at the level of the receiving part thereof.
  • the end 42 of the cylinder 4 housed in the sleeve 3 is further tapered, preferably conical.
  • the cylinder 4 has a length allowing it to fit into the socket 3 so that the conical tip 42 extends beyond the shoulder 31 but set back from the fixing end of the socket 3.
  • the device 1 is engaged on the metal conductor 21 of the stripped end of the cable 2 so that the latter engages in the through bore 41 while that the sleeve 3 is screwed onto the ring 5 carried by the outer sheath 22.
  • the escape route is thus elongated since the conductive wire 21 and the outer sheath 22 are no longer facing each other, the conical tip 42 pushing back the mineral insulator 23 relative to the end 22a of the sheath 22.
  • an electric arc must therefore travel a greater escape path than that located outside the terminal device. As a result, the breakdown voltage is higher.
  • the compressive force of the conical tip 42 on the mineral insulator 23 is generated when screwing the sleeve 3 on the ring 5 and this compression is managed by controlling the tightening torque.
  • the sleeve 3 is brazed on the ring 5. After assembly, the mineral insulator 23 and the ceramic cylinder 4 remain in compression which offers a new barrier dielectric to cable 2.
  • the metallic conductor wire 21 protrudes from the projecting end of the metal tube 6, a solder or a solder being made between the two.
  • the sleeve 3 and the tube 6 are made of an iron / nickel alloy of the FN42 type, but any other type of alloy or pure metal having an expansion coefficient close to alumina are suitable.
  • the ring 5 is preferably made of stainless steel, but can also be made of copper or a nickel chromium alloy.
  • a terminal device according to the example of the invention is a connector device and can be used under temperature conditions of up to 700 ° C, the solder between the ceramic cylinder and the sleeve being in an Ag / Cu eutectic alloy. For conditions of use at very high temperatures up to 1000 ° C, the solder is preferably 100% copper.
  • the solder binding the sleeve 3 to the outer sheath of the cable 2 can be an Ag / Cu / Zn / Sn alloy of the AG102 type having a resistance up to 600 ° C or a B / C / Cr / Fe / alloy.
  • Si / Ni such as that known under the trade name “Nicrobraz LM” having a resistance up to 1000 ° C.
  • the terminal device 1 may further comprise a sleeve 7 in which the ceramic insulating element 4 and the metal tube 6 are mounted, the sleeve 7 being mounted in the sleeve 3.
  • This sleeve 7 is preferably made of alumina .
  • the socket 3 / sleeve 7 assembly can thus accommodate different ceramic insulating elements and associated metal tube 6 for different conductor diameters.
  • the cables 2a, 2b, 2c have different diameters and in particular conductors of different diameters.
  • the tube 6 can remain the same, because it is then dimensioned to adapt to several diameters of conductors. This type of termination can be qualified as adaptive.
  • Threaded rings 5a, 5b, 5c of dimensions adapted to the outside diameter of the cable 2a, 2b and 2c will then be chosen to cooperate with the sleeve 3.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif terminal (1) pour un câble à isolant minéral, comprenant un douille métallique (3) dont une extrémité est destinée à être fixée sur l'extrémité du câble et un élément isolant en céramique (4). L'invention consiste également en ce que ledit élément isolant en céramique est constitué d'un cylindre (4) logé dans la douille (3), avec une extrémité en saillie de ladite douille (3) et son extrémité opposée qui présente un alésage (41), logée dans la douille (3), ladite extrémité du cylindre (4) logée dans la douille (3) présentant une forme effilée.

Description

Description
Titre de l'invention : Dispositif terminal pour câble blindé à isolant minéral
[0001] La présente invention concerne un dispositif terminal pour câble blindé à isolant minéral qui offre une bonne herméticité et une très bonne tenue diélectrique, plusieurs milliers de volts, à haute température notamment jusqu’à 1000°C.
[0002] Les câbles blindés à isolant minéral sont des câbles constitués d’un conducteur central métallique et d’une gaine métallique creuse cylindrique entre lesquels est introduit un isolant réfractaire en poudre tel que minéral de type magnésie, alumine ou silice, la gaine externe étant en acier inoxydable, cuivre ou en un alliage Ni-Cr tel que celui connu sous la dénomination commerciale Inconel 600.
[0003] De tels câbles sont résistants au feu et utilisés dans des lieux pouvant accueillir du public tels que des centres commerciaux, des aéroports, des salles de réception, ou dans des environnements industriels comportant des zones à risques comme les centrales nucléaires. Ils sont notamment utilisés dans de nombreux domaines de l’industrie dans lesquels on utilise des capteurs, des éléments chauffants ou des câbles de transmission de signaux électriques qui doivent résister à des environnements présentant des conditions de plus en plus sévères (température, haute tension, humidité,...).
[0004] De tels câbles servent ainsi à relier des dispositifs espacés les uns des autres et il est donc nécessaire de prévoir des moyens de raccordement de ces câbles aux dispositifs, voire des câbles entre eux.
[0005] Les dispositifs terminaux de câbles et plus généralement les connecteurs sont des parties extrêmement critiques de ces composants puisqu’elles doivent assurer la continuité électrique des conducteurs, empêcher la migration d’humidité dans l’isolant tout en préservant la tenue diélectrique du câble.
[0006] En pratique il s’agit souvent d’un point faible car il s’avère, parfois, compliqué de réunir toutes ces qualités lorsqu’on se trouve dans un environnement chaud.
[0007] Un câble blindé peut donc être un élément chauffant électrique ou un câble de transmission de signaux à isolant minéral de type magnésie, alumine ou silice et à gaine externe en acier inoxydable, cuivre ou en alliage Ni-Cr.
[0008] Lorsqu’un câble blindé à isolant minéral est dénudé pour mettre en place un dispositif terminal tel qu’un connecteur, on retire donc la gaine extérieure et l’isolant minéral pour laisser apparaître le fil conducteur métallique et la barrière diélectrique intrinsèque du câble à l’interface connecteur/câble est grandement affaiblie. En effet, après cette opération, l’isolant minéral qui est en principe compacté, laisse place à de l’air et la tenue diélectrique est alors uniquement conditionnée par la distance entre le fil conducteur et la gaine ainsi que par les paramètres environnementaux comme la température, la pression au niveau de cette interface.
[0009] De manière à maintenir la tenue diélectrique différents types de dispositifs terminaux ont été proposés. On a proposé dans FR-A-1 150390 un accessoire permettant d’isoler un câble électrique, constitué de deux bouchons en céramique présentant respectivement une extrémité en forme de cône et raccordés l’un à l’autre par un joint en verre. Ces deux bouchons sont logés dans un tube métallique et présente un alésage central traversant dans lequel le conducteur du câble peut se loger. Le câble électrique est constitué d’un conducteur central, logé dans une gaine extérieure, un isolant minéral hygroscopique étant mis en place entre la gaine extérieure et le conducteur central. L’isolant minéral à l’extrémité du câble présente une cavité annulaire de forme conique dans laquelle se loge une extrémité de forme conique d’un bouchon céramique constituant un isolateur. Ce dernier est constitué de deux bouchons céramiques liés à un joint de verre, ces deux bouchons étant logés dans une gaine métallique. L’extrémité conique de l’isolateur se loge dans la cavité conique de l’extrémité du câble tandis que la gaine métallique de l’isolateur est soudée sur la gaine extérieure du câble. Ces conditions d’assemblage permettent à l’isolation hygroscopique d’être protégée contre l’humidité.
[0010] Dans FR-A-2 832 558 est décrit un manchon d’accouplement de forme cylindrique comportant une première entrée pouvant être montée sur le pourtour extérieur de la gaine métallique d’un premier câble à isolant minéral et une deuxième extrémité montée sur le pourtour extérieur d’un second câble ou d’un dispositif complémentaire, le manchon ainsi monté est directement soudé sur le pourtour extérieur des éléments raccordés. Le manchon forme ainsi une cavité dans laquelle sont reliés les conducteurs électriques. Le manchon présente une ouverture permettant le remplissage de ladite cavité par un matériau isolant. Il est cependant difficile de garantir la tenue diélectrique d’un tel dispositif connecteur dans la mesure où la compacité du matériau minéral isolant introduit n’est pas réellement contrôlable.
[0011] On a également proposé de réaliser les terminaisons de câbles à isolant minéral avec des résines époxydes ou acryliques. Ces résines, même si elles assurent une bonne tenue électrique et une bonne étanchéité, ne supportent pas des températures supérieures à 230°C. Un dispositif de ce type est notamment décrit dans US-B-6 437 246 qui présente un manchon métallique serti sur la gaine extérieure du câble et dont l’intérieur est rempli de résine époxy entourant l’extrémité libre du conducteur ou la liaison avec un autre conducteur. De même on peut réaliser les terminaisons avec un ciment céramique ou encore du verre fusible. Ces dernières solutions ont pour inconvénients une faible résistance aux températures élevées et une fissuration fréquente qui compromet la tenue à l’humidité du câble.
[0012] Le document US-B-9 583 933 propose un dispositif de terminaison de câble à isolant minéral comprenant un élément conducteur formant une tige et comprenant une cavité d’accueil du conducteur électrique correspondant à une extrémité dénudée du câble, la tige s’engageant autour du conducteur jusque dans le câble lui-même. Autour de cette tige, au niveau du câble, une bague d’étanchéité est également mise en place entre la tige métallique et l’isolant minéral contenu dans la gaine. Autour de la tige métallique est mis en place un manchon isolant. Pour éviter que l’humidité ne corrompe l’isolant minéral, on chauffe l’extrémité lors du montage. Toutefois, au vu du montage, la bague d’étanchéité est insérée entre l’isolant minéral et le conducteur électrique après avoir retiré une partie de l’isolant minéral autour du conducteur ou bien l’extrémité du dispositif de terminaison est conique pour se caler dans l’isolant minéral. Un tel dispositif nécessite en outre pour garantir l’herméticité, des joints toriques ce qui limite l’utilisation à haute température. L’étanchéité peut de ce fait se dégrader dans le temps du fait du vieillissement des matériaux, l’humidité peut rentrer, etc.
[0013] On a également proposé des dispositifs terminaux du type traversées hermétiques verre-métal qui supportent typiquement 500°C ou céramique-métal présentant une tenue jusqu’à 1000°C. Ce type de connecteur nécessite toutefois de mettre à nu l’isolant céramique et le conducteur du câble lors du dénudage laissant ainsi la possibilité à un arc électrique de se former en service entre conducteur et blindage. Ce risque est d’autant plus grand que le câble fonctionne sous une tension élevée (par exemple pour un élément chauffant blindé ou un câble de transmission de signaux reliés à des détecteurs spécifiques). De fortes tensions ne sont alors pas applicables durablement.
[0014] Un tel élément de terminaison est ainsi décrit dans FR-B-2 988 514 dans lequel l’extrémité d’un câble à isolant minéral porte un manchon terminal constitué d’un tube de manchon pourvu à une extrémité d’un élément isolant en céramique présentant deux trous de passage dans lesquels sont logés des tubes terminaux, l’autre extrémité étant montée sur l’extrémité du câble dénudé, un matériau isolant minéral étant introduit entre l’extrémité du câble et l’élément céramique. Le conducteur dénudé traverse ainsi le matériau isolant, puis l’élément céramique au travers des tubes terminaux. Pour garantir la tenue diélectrique, on introduit dans l’espace vide du manchon terminal un isolant minéral qui se place entre celui du câble et l’élément isolant en céramique. Dans ce cas également la compacité de l’isolant minéral est difficilement contrôlable.
[0015] Afin de pallier les inconvénients des dispositifs de l’état de la technique, la présente invention propose un dispositif terminal dans lequel la tenue diélectrique est garantie (plusieurs milliers de volts), utilisable dans des conditions environnementales sévères telles que de hautes températures par exemple jusqu’à 1000°C tout en étant d’une conception simple et facile à mettre en œuvre sur un câble blindé à isolant minéral.
[0016] A cet effet, l’invention concerne un dispositif terminal pour câble à isolant minéral, ce dispositif terminal devant s’entendre comme un dispositif formant l’extrémité finale d’un câble ou un dispositif formant connecteur avec un autre câble ou dispositif par exemple, permettant de pallier les inconvénients des dispositifs existants.
[0017] En particulier, l’invention concerne un dispositif terminal pour câble à isolant minéral, comprenant une douille métallique dont une extrémité est destinée à être fixée sur l’extrémité du câble et un élément isolant en céramique, caractérisé en ce que ledit élément isolant en céramique est constitué d’un cylindre logé dans la douille, avec une extrémité en saillie de ladite douille et son extrémité opposée qui présente un alésage, logée dans le douille, ladite extrémité du cylindre logée dans la douille présentant une forme effilée.
[0018] Ainsi, de manière avantageuse, un tel dispositif terminal peut être monté à l’extrémité d’un câble à isolant minéral qui a été dénudé de telle sorte que le conducteur dénudé du câble peut être engagé dans la douille puis dans l’alésage de l’élément isolant en céramique, la douille venant se positionner sur la périphérie extérieure du câble pour y être fixée, la forme effilée de l’élément isolant permettant une avancée progressive de l’élément isolant en forme de cylindre contre l’isolant minéral, ce qui permet au cylindre céramique d’exercer une contrainte de compression sur la surface de l’isolant minéral. De cette manière, puisque le dénudage entraîne une perte de compacité locale de l’isolant, la contrainte de compression contre cet isolant de la pointe effilée de l’élément isolant en céramique rétablit cette compacité, permettant au câble de recouvrir une barrière diélectrique uniforme, sans point faible.
[0019] Le chemin de fuite est ainsi avantageusement allongé puisque le conducteur et la gaine métallique du câble ne sont plus en vis-à-vis. L’arc électrique pour se former devra parcourir un chemin de fuite bien supérieur, à l’extérieur du dispositif terminal. Cela implique une tension de claquage beaucoup plus élevée.
[0020] De préférence, la douille est fixée par brasure avec l’élément isolant en céramique.
[0021] Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, l’extrémité de forme effilée du cylindre en céramique est conique.
[0022] Selon un premier mode de réalisation, l’élément isolant en céramique présente un alésage, dont l’extrémité en saillie de la douille est obturable, le dispositif terminal constituant ainsi un dispositif de terminaison du câble à isolant minéral.
[0023] Ainsi, de manière avantageuse, le conducteur dénudé est engagé dans la douille pour s’engager dans l’alésage, la douille étant engagée sur la périphérie extérieure du câble pour y être fixée tandis que l’extrémité effilée du cylindre entourant le conducteur vient en appui sur l’isolant minéral entourant ledit conducteur pour le comprimer. Une fois, l’extrémité dénudée du fil conducteur logée dans l’alésage, l’alésage est obturé et le dispositif terminal constitue l’extrémité finale d’un câble.
[0024] Selon un deuxième mode de réalisation, l’élément isolant en céramique présente un alésage traversant à l’extrémité duquel un tube métallique est monté, fixé par exemple par brasure sur l’élément isolant en céramique, à l’extrémité de l’élément isolant en saillie de la douille, le dispositif terminal formant ainsi un dispositif connecteur.
[0025] Ainsi, de manière avantageuse, ce dispositif terminal peut être fixé sur l’extrémité d’un câble minéral qui a été préalablement dénudée, de telle sorte que le conducteur dénudé est engagé dans la douille pour s’engager dans l’alésage traversant du cylindre et faire saillie du dispositif terminal par le tube, la douille étant engagée sur la périphérie extérieure du câble pour y être fixée tandis que l’extrémité effilée du cylindre entourant le conducteur vient en appui sur la surface de l’isolant minéral entourant ledit conducteur pour le comprimer.
[0026] Selon une variante de réalisation, le dispositif terminal peut en outre comporter un manchon dans lequel l’élément isolant en céramique et le tube métallique sont montés, le manchon étant monté dans la douille.
[0027] L’extrémité de la douille destinée à être montée sur la périphérie extérieure du câble peut être fixée sur la gaine extérieure du câble par sertissage.
[0028] Selon une forme de réalisation préférée, l’extrémité de la douille présente des moyens de fixation destinés à coopérer avec des moyens de fixation complémentaires ménagés à la périphérie extérieure de l’extrémité du câble, la coopération des moyens de fixation douille/câble permettant de préférence de générer l’effort de compression exercée par la pointe effilée du cylindre sur l’isolant minéral.
[0029] De préférence, les moyens de fixation complémentaires sont constitués d’un taraudage ménagé sur la paroi intérieure de la douille et d’une bague filetée prévue sur la gaine extérieure du câble, le vissage de la douille sur la bague permettant avantageusement de générer l’effort de compression de la pointe du cylindre sur l’isolant minéral. [0030] Ainsi, après montage, l’isolant minéral du câble et l’élément isolant en céramique restent en compression offrant ainsi une barrière diélectrique au câble et ce, même dans des conditions de températures élevées.
[0031] De manière avantageuse, un ensemble douille/manchon peut accueillir plusieurs éléments isolants en céramique et tubes métalliques associés, tous logeables dans ledit ensemble douille/manchon mais présentant respectivement un alésage adapté à un diamètre de conducteur différent. Ces différents diamètres de conducteur conduisent généralement à des diamètres de câble différents et dans ce cas, la bague filetée coopérant avec la douille est adaptée au diamètre du câble.
[0032] Un dispositif terminal selon l’invention qu’il soit du mode terminaison ou connecteur permet donc d’obtenir un câble avec un dispositif scellé en particulier par de la brasure haute température et parfaitement hermétique sans qu’il y ait de matériaux organiques ni de joint, et uniquement avec du métal et de la céramique.
[0033] De plus, la mise en compression de l’isolant se fait sur un cône et de manière forte ce qui garantit une interface stable avec l’isolant du câble. C’est nécessaire à une tenue haute tension.
[0034] Le dispositif selon l’invention est axé sur des utilisations en « environnement sévère » et sûreté (nucléaire par exemple).
[0035] Ainsi, on peut l’utiliser jusqu’à une température de fonctionnement de 800°C, voire 1000°C, une tension maximale de fonctionnement pouvant atteindre 6000 VAC (sur câble de 0 6 mm), avec des résistances aux cyclages thermiques rapides.
[0036] Il présente en outre une étanchéité hélium (fuite < 10-8 atm cm3/s), une tenue à la pression (> 250 bars) et une très bonne stabilité dans le temps car il ne présente aucun composé organique.
[0037] L’invention a également pour objet un câble blindé à isolant minéral comportant à une extrémité un dispositif terminal comprenant une douille métallique dont une extrémité est fixée sur la périphérie extérieure de l’extrémité du câble et un élément isolant en céramique, caractérisé en ce que ledit élément isolant en céramique est constitué d’un cylindre logé dans la douille par une extrémité présentant un alésage dans lequel le conducteur dénudé du câble est inséré, ladite extrémité du cylindre logée dans la douille présentant en outre une forme effilée en compression contre l’isolant minéral entourant le conducteur.
[0038] On décrira maintenant l’invention plus en détails en référence au dessin dans lequel sont représentés :
[0039] [Fig.1] une vue en coupe longitudinale d’un premier exemple de réalisation d’un dispositif terminal selon l’invention ;
[0040] [Fig. 2] une vue en coupe longitudinale d’un câble à isolant minéral pourvu du dispositif terminal selon la figure 1 ;
[0041] [Fig. 3] une vue en perspective d’un dispositif terminal selon l’invention lors de son montage sur un câble ; [0042] [Fig. 4] une vue en perspective latérale du câble selon la figure 1 ;
[0043] [Fig.5] une vue en perspective d’un deuxième exemple de réalisation d’un dispositif terminal selon l’invention ;
[0044] [Fig. 6] une vue en coupe longitudinale d’un troisième exemple de réalisation d’un dispositif terminal selon l’invention ;
[0045] [Fig. 7] une vue en coupe longitudinale d’un quatrième exemple de réalisation d’un dispositif terminal selon l’invention ;
[0046] [Fig. 8] une vue en coupe longitudinale d’un cinquième exemple de réalisation d’un dispositif terminal selon l’invention.
[0047] Le dispositif terminal 1 selon l’invention est destiné à être mis en place sur un câble à isolant minéral 2.
[0048] Un tel câble 2 est constitué d’un fil conducteur central métallique 21 et d’une gaine extérieure métallique 22 entourant ledit fil conducteur 21 , un matériau isolant minéral 23 étant inséré entre les deux. Pour terminer un tel câble 2, on met en place à son extrémité un dispositif terminal 1 selon l’invention. Pour la mise en place du dispositif terminal, le câble 2 est dénudé, mettant à nu le fil conducteur 21 central sur une certaine longueur.
[0049] Ce dispositif 1 comprend une douille métallique 3 et un élément isolant en céramique constitué d’un cylindre 4 logé dans ladite douille 3. Cette douille 3 ou embase (ou ferrure) est brasée sur l’élément isolant en céramique 4. Ce type de terminaison peut être qualifié de monobloc.
[0050] La douille 3 comporte une extrémité de fixation sur l’extrémité du câble 2 notamment en se positionnant autour de la gaine extérieure 22. A cet effet, la douille 3 comporte des moyens de fixation sur le câble 2.
[0051] Selon une forme de réalisation préférée, ces moyens de fixation sont constitués d’un taraudage ménagé sur la paroi intérieure de l’extrémité de fixation de la douille 3 et destiné à coopérer avec un filetage ménagé sur la paroi extérieure d’une bague 5 fixée à l’extrémité de la gaine extérieure 22. Cette bague 5 est notamment fixée par brasage sur la gaine 22.
[0052] De préférence, un épaulement 31 est prévu dans l’alésage interne de la douille 3 de sorte qu’en vissant la douille 3 sur la bague 5, l’extrémité de la bague 5 et/ou de la gaine 22 pourrait venir en butée contre ledit épaulement 31. On définit ainsi une partie de fixation 32 de la douille 3 s’étendant entre son extrémité et l’épaulement 31 et présentant, par exemple le taraudage et une partie de réception 33, après l’épaulement 31 jusqu’à l’autre extrémité de la douille 3, dans laquelle on loge le cylindre en céramique 4.
[0053] Le cylindre en céramique 4 du dispositif de l’invention comporte un alésage traversant 41 , de préférence central. Cet alésage 41 est conformé pour recevoir le conducteur central 21 dénudé du câble 2.
[0054] A une extrémité de l’alésage 41 et donc du cylindre 4 est monté un tube métallique 6 s’étendant en partie dans l’alésage 41 et en partie en saillie du cylindre 4 et au travers duquel peut également s’engager le fil conducteur dénudé 21. Ce tube 6 est rattaché à l’élément isolant en céramique 4 par brasure. On peut également obturer l’alésage 41 , une fois le fil conducteur engagé, formant ainsi un câble avec une extrémité finale formée par le dispositif.
[0055] Comme cela est visible sur la figure 5, le tube métallique 6 peut se présenter à la manière d’un capuchon 60 venant se fixer à l’extrémité du cylindre 4.
[0056] Le cylindre 4 présente une section transversale circulaire dont le diamètre est équivalent au diamètre intérieur de la douille 3, au niveau de la partie réception de celui-ci. L’extrémité 42 du cylindre 4 logée dans la douille 3 est en outre effilée, de préférence conique.
[0057] Le cylindre 4 présente une longueur lui permettant de se loger dans la douille 3 de sorte que la pointe conique 42 s’étend au-delà de l’épaulement 31 mais en retrait de l’extrémité de fixation de la douille 3.
[0058] Ainsi, lors de l’assemblage du dispositif terminal 1 , le dispositif 1 est engagé sur le conducteur métallique 21 de l’extrémité dénudée du câble 2 de telle sorte que celui-ci s’engage dans l’alésage traversant 41 tandis que la douille 3 est vissée sur la bague 5 portée par la gaine extérieure 22.
[0059] Lors du vissage, la pointe conique 42 du cylindre 4 entre en contact avec l’isolant minéral 23 et exerce une compression sur la surface de cet isolant 23.
[0060] Le chemin de fuite est ainsi allongé puisque le fil conducteur 21 et la gaine extérieure 22 ne sont plus en vis-à-vis, la pointe conique 42 repoussant l’isolant minéral 23 par rapport à l’extrémité 22a de la gaine 22. Un arc électrique pour se former doit donc parcourir un chemin de fuite supérieur à celui situé à l’extérieur du dispositif terminal. De ce fait, la tension de claquage est plus élevée.
[0061] L’effort de compression de la pointe conique 42 sur l’isolant minéral 23 est générée lors du vissage de la douille 3 sur la bague 5 et cette compression est gérée par le contrôle du couple de serrage.
[0062] On peut également réaliser une préforme sur l’isolant minéral 23 avec un outil dédié ce qui permet d’optimiser l’interface avec le cylindre en céramique 4. La réalisation d’une préforme dans l’isolant hygroscopique et friable du câble permet ainsi de maximiser le contact et de limiter les contraintes sur la pointe de la céramique conique.
[0063] Afin de garantir l’étanchéité du dispositif terminal 1 sur le câble 2, la douille 3 est brasée sur la bague 5. Après montage, l’isolant minéral 23 et le cylindre céramique 4 restent en compression ce qui offre une nouvelle barrière diélectrique au câble 2.
[0064] Le fil conducteur métallique 21 dépasse de l’extrémité en saillie du tube métallique 6, une brasure ou une soudure étant réalisée entre les deux.
[0065] De préférence, la douille 3 et le tube 6 sont réalisés en un alliage fer/nickel du type FN42, mais tout autre type d’alliage ou métal pur ayant un coefficient de dilatation proche de l’alumine sont appropriés.
[0066] La bague 5 est réalisée en acier inoxydable de préférence, mais peut également être en cuivre ou en alliage nickel chrome. [0067] De manière avantageuse, un dispositif terminal selon l’exemple de l’invention est un dispositif connecteur et peut être utilisé dans des conditions de température allant jusqu’à 700°C, la brasure entre le cylindre céramique et le manchon étant en un alliage eutectique Ag/Cu. Pour des conditions d’utilisation à très hautes températures jusqu’à 1000°C, la brasure est de préférence en cuivre à 100%.
[0068] La brasure liant la douille 3 à la gaine extérieure du câble 2 peut être un alliage Ag/Cu/Zn/Sn du type AG102 ayant une tenue jusqu’à 600°C ou un alliage B/C/Cr/Fe/Si/Ni tel que celui connu sous la dénomination commerciale « Nicrobraz LM » ayant une tenue jusqu’à 1000°C.
[0069] Le dispositif terminal 1 peut en outre comporter un manchon 7 dans lequel l’élément isolant en céramique 4 et le tube métallique 6 sont montés, le manchon 7 étant monté dans la douille 3. Ce manchon 7 est de préférence constitué en alumine.
[0070] De manière avantageuse, l’ensemble douille 3/manchon 7 peut ainsi accueillir différents éléments isolants en céramique et tube métallique associé 6 pour des diamètres différents de conducteur. Comme on peut le voir sur les figures 6, 7 et 8, les câbles 2a, 2b, 2c présentent des diamètres différents et notamment des conducteurs de différents diamètres. Ainsi, dans un même ensemble douille 3-manchon 7, on peut mettre en place un cylindre isolant en céramique 4a et un tube 6a adaptés au diamètre du conducteur 23a, un cylindre 4b et un tube 6b adapté au câble 23b, de même un cylindre 4c, et un tube 6c adapté au conducteur 23c. Toutefois le tube 6 peut rester le même, car il est alors dimensionné pour s’adapter à plusieurs diamètres de conducteurs. Ce type de terminaison peut être qualifié d’adaptatif.
[0071] On choisira alors des bagues filetées 5a, 5b, 5c de dimensions adaptées au diamètre extérieur du câble 2a, 2b et 2c pour coopérer avec la douille 3.

Claims

Revendications
1. Dispositif terminal (1) pour un câble à isolant minéral (2), comprenant un douille métallique (3) dont une extrémité est destinée à être fixée sur l’extrémité du câble (2) et un élément isolant en céramique (4), caractérisé en ce que ledit élément isolant en céramique est constitué d’un cylindre (4) logé dans la douille (3), avec une extrémité en saillie de ladite douille (3) et son extrémité opposée qui présente un alésage (41), logée dans la douille (3), ladite extrémité du cylindre (4) logée dans la douille (3) présentant une forme effilée.
2. Dispositif terminal (1) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’extrémité de forme effilée (42) de l’élément isolant en céramique (4) est conique.
3. Dispositif terminal (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’élément isolant en céramique (4) présente un alésage, dont l’extrémité en saillie de la douille est obturable, le dispositif terminal étant un dispositif de terminaison.
4. Dispositif terminal (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’élément isolant en céramique (4) présente un alésage traversant (41) à l’extrémité duquel un tube métallique (6) est monté à l’extrémité de l’élément isolant (4) en saillie de la douille (3), le dispositif terminal étant un dispositif connecteur.
5. Dispositif terminal (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’extrémité de la douille (3) présente des moyens de fixation destinés à coopérer avec des moyens de fixation complémentaires ménagés à la périphérie extérieure de l’extrémité du câble.
6. Dispositif terminal (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de fixation complémentaires sont constitués d’un taraudage ménagé sur la paroi intérieure de la douille (3) et d’une bague filetée (5) destinée à être montée sur la gaine (22) extérieure du câble (2).
7. Dispositif terminal selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’élément isolant en céramique (4) et le tube métallique (6) sont montés dans un manchon (7) qui est monté dans la douille (3).
8. Câble (2, 2a, 2b, 2c) blindé à isolant minéral (23, 23a, 23b, 23c) constitué d’un conducteur (21), d’une gaine métallique (22) et d’un matériau isolant minéral (23) inséré entre les deux, comportant à une extrémité un dispositif terminal (1) comprenant une douille métallique (3) dont une extrémité est fixée sur la périphérie extérieure de l’extrémité du câble (2) et un élément isolant en céramique (4), caractérisé en ce que ledit élément isolant en céramique est constitué d’un cylindre (4) logé dans la douille (3) par une extrémité présentant un alésage (41) dans lequel le conducteur (21) dénudé du câble est inséré, ladite extrémité du cylindre (4) logée dans la douille (3) présentant en outre une forme effilée en compression contre l’isolant minéral (23) entourant le conducteur (21).
9. Câble (2) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’extrémité de la douille (3) est fixée sur la périphérie extérieure de l’extrémité du câble (2) par sertissage.
10. Câble (2) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le câble (2) présente à la périphérie extérieure de son extrémité du câble (2) des moyens de fixation complémentaires des moyens de fixation ménagés sur la douille (3) du dispositif terminal (1).
11. Câble (2) selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de fixation complémentaires sont constitués d’un taraudage ménagé sur la paroi intérieure de la douille (3) et d’une bague filetée (5) fixée par brasage sur une gaine métallique (22) extérieure du câble (2).
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