[0001] La présente invention se rapporte à un câble électrique. Elle s'applique typiquement,
mais non exclusivement, aux câbles de transmission électrique à haute tension ou câbles
aériens de transport d'énergie, bien connus sous l'anglicisme OHL
"OverHead Lines".
[0002] Plus particulièrement, l'invention concerne un câble électrique apte à réduire l'effet
couronne.
[0003] Les lignes aériennes sont traditionnellement constituées par des éléments conducteurs
nus tendus sur un ensemble approprié de pylônes. Ces lignes sont classiquement destinées
au transport de l'énergie électrique sous une haute tension alternative (225 à 800
kV). Chaque conducteur a donc un diamètre de quelques centimètres et peut être composé
d'une couche métallique ou, plus fréquemment, de plusieurs fils métalliques assemblés.
Le long du conducteur nu, il se manifeste toujours un effet appelé effet couronne.
L'effet de couronne se produit en effet sur tous les conducteurs et lignes soumis
à une haute tension. Dès que le champ électrique à la surface du conducteur, notamment
dépendant des rayons de courbures locaux, devient localement suffisamment grand (i.e.
supérieur au champ d'ionisation de l'air humide, de l'ordre de 10kV/cm ; voire supérieur
au champ d'ionisation de l'air sec, de l'ordre de 30 kV/cm), l'air s'ionise et forme
autour du conducteur une couronne lumineuse.
[0004] L'une des conséquences de l'effet couronne est la production de bruit. Toutefois,
lorsque le conducteur est sec, le bruit est très limité et il est pratiquement négligeable
en ce qui concerne la gêne qu'il engendre. Au contraire, lorsque le conducteur est
mouillé, le bruit est beaucoup plus intense et ceci est une source de gêne notable
et de désagréments importants pour ceux qui se trouvent ou demeurent au voisinage
de ce type de conducteur. En effet, dans ces conditions, la conductibilité de l'air
augmente, et de ce fait, il se produit une ionisation plus intense et plus efficace.
[0005] L'effet couronne cause également des déperditions d'énergie et peut provoquer des
risques sanitaires liés aux rayonnements électromagnétiques, au bruit acoustique et
aux pertes de puissance.
[0006] Afin de palier à ce problème, une solution consiste à isoler les conducteurs en les
revêtant d'une couche de matière plastique isolante, afin de supprimer le contact
électrique entre les parties métalliques sous tension et l'air, et en supprimant de
cette façon l'effet couronne.
[0007] Dans une autre approche, il a été proposé d'augmenter le diamètre du câble. Le document
DE 44 24 007 décrit un câble électrique comprenant notamment au moins une couche d'un élément
conducteur destinée à conduire l'énergie du câble en configuration opérationnelle,
et un élément support formé à partir de fibres de carbone. Ledit élément support entoure
ladite couche de l'élément conducteur ou est positionné entre deux couches dudit élément
conducteur destinées à conduire l'énergie du câble en configuration opérationnelle.
Le fait d'augmenter le diamètre du câble permet de réduire le champ électrique tangentiel
et par conséquent, permet de réduire l'effet couronne. Toutefois, ce type de câble
présente l'inconvénient d'être soit trop lourd, soit de ne pas réduire assez efficacement
l'effet couronne. En outre, la capacité en courant est limitée.
[0008] Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précités c'est-à-dire de supprimer
ou, du moins, de réduire considérablement l'effet couronne, tout en augmentant la
capacité en courant.
[0009] A cet effet, l'invention a pour objet un câble électrique comprenant au moins un
élément de renforcement central s'étendant le long du câble, ledit élément de renforcement
étant entouré par au moins un élément électriquement conducteur s'étendant le long
du câble,
caractérisé en ce que ledit élément de renforcement central est un corps tubulaire. De préférence, ledit
élément de renforcement central est directement en contact physique avec ledit élément
électriquement conducteur.
[0010] La Demanderesse a en effet constaté, de manière surprenante, que le câble selon l'invention
permettait de par ses caractéristiques de réduire l'effet couronne, tout en augmentant
la capacité en courant.
[0011] En effet, par rapport à des câbles OHL traditionnels, le câble selon l'invention
présente un diamètre plus grand tout en gardant le même poids. La présence du corps
tubulaire permet d'augmenter le diamètre apparent du câble, tout en augmentant de
très peu le poids du câble.
[0012] Par conséquent, en configuration opérationnelle, le champ électrique superficiel
est relativement bas, notamment de l'ordre de 0,5 kV/mm, permettant ainsi de réduire
l'effet couronne qui apparaît à partir d'un champ électrique de 3 kV/mm.
[0013] D'autre part, étant donné que l'élément électriquement conducteur se trouve sur toute
la surface externe du câble, l'échange thermique avec l'air environnant est élevé
par rapport aux câbles de l'art antérieur comprenant un revêtement entourant au moins
en partie un élément électriquement conducteur, ou par rapport aux câbles de l'art
antérieur dont l'élément conducteur n'est pas en surface. Ainsi, le refroidissement
de l'élément conducteur est plus important et de ce fait, pour un même dimensionnement,
une quantité plus importante de courant peut être transmise par celui-ci.
[0014] Dans la présente invention, on entend par « central » un élément de renforcement
qui est positionné le plus au centre du câble électrique, en coupe transversale. De
préférence, l'élément de renforcement et le ou les éléments électriquement conducteurs
sont disposés coaxialement.
[0015] Contrairement à l'élément électriquement conducteur du câble électrique, le corps
tubulaire selon l'invention n'est pas destiné au transport d'énergie, et n'a pour
unique fonction que de supporter le ou les éléments électriquement conducteurs, tout
en renforçant le câble électrique.
[0016] On entend par « corps tubulaire » un élément en forme de tube, formant un anneau
en coupe transversale, dont l'épaisseur est sensiblement constante le long du corps
tubulaire.
[0017] L'intérieur de ce tube est notamment vide de tout élément. Le centre du câble électrique
comporte ainsi un orifice longitudinal.
[0018] Ce corps tubulaire permet avantageusement d'améliorer les caractéristiques mécaniques
en rupture du câble électrique en répartissant de manière uniforme les efforts mécaniques
pouvant être provoqués notamment par la compression du ou des éléments électriquement
conducteurs, lors de l'installation du câble électrique de type OHL.
[0019] En effet, pour suspendre ce type de câble électrique à un pylône électrique, des
accessoires d'ancrage sont nécessaires. Ces accessoires permettent de lier mécaniquement
le câble électrique à un pylône électrique sur lequel il doit être installé. De même
pour relier deux longueurs de câble électrique selon l'invention, des accessoires
de jonction sont utilisés. La pose de ces accessoires s'effectue par compression de
ceux-ci notamment sur le ou les éléments électriquement conducteurs.
[0020] Le corps tubulaire peut présenter un diamètre intérieur (i.e. diamètre de l'orifice
longitudinal) de l'ordre de 5 à 80 mm, et de préférence de 10 à 30 mm.
[0021] Selon un premier mode de réalisation, le corps tubulaire peut comprendre une couche
d'un matériau métallique, ou en d'autres termes une première couche (i.e. première
couche de renforcement) d'un matériau métallique.
[0022] Ce matériau métallique peut être choisi parmi l'acier, les alliages d'acier, l'aluminium,
les alliages d'aluminium, le cuivre, et les alliages de cuivre, ou une de leurs combinaisons.
[0023] De manière préférée, l'aluminium ou les alliages d'aluminium seront utilisés pour
ladite première couche, car ils sont plus légers (notamment par rapport à l'acier).
[0024] La surface externe de la première couche peut être une surface lisse ou corruguée.
[0025] L'épaisseur de la première couche peut être d'au plus 3 mm, de préférence d'au plus
2 mm, et de façon particulièrement préférée compris ente 0,3 et 0,8 mm.
[0026] Le poids de la première couche peut aller de 0,05 à 0,2 kg/m, et de préférence est
de l'ordre de 0,1 kg/m
[0027] Selon un deuxième mode de réalisation, le corps tubulaire peut comprendre une couche
d'un matériau non métallique, ou en d'autres termes une deuxième couche (i.e. deuxième
couche de renforcement) d'un matériau non métallique.
[0028] Ce matériau non métallique peut être choisi parmi parmi les fibres (de préférence
des fibres continues), les nanofibres, et les nanotubes, ou un de leurs mélanges.
[0029] A titre d'exemple, les fibres (de préférence des fibres continues) peuvent être choisies
parmi les fibres de carbone, de verre, d'aramides (Kevlar), de céramiques, de titanes,
de tungstène, de graphites, de bore, de poly(p-phenyl-2,6-benzobisoxazole) (Zylon),
de basalte, et d'alumine, ou une de leurs combinaison.
[0030] De préférence, les nanofibres peuvent être des nanofibres de carbones.
[0031] De préférence, les nanotubes peuvent être des nanotubes de carbone.
[0032] Dans un mode de réalisation particulier, le matériau de la deuxième couche peut être
noyé au moins partiellement dans une matrice organique. Ladite matrice organique peut
être par exemple une matrice thermoplastique et/ou thermodurcissable. On préférera
utiliser une matrice thermodurcissable, notamment choisie parmi les époxy, les vinyles
esters, les polyimides, les polyesters, les cyanates esters, les phénoliques, les
bismaléimides, et les polyuréthanes, ou un de leurs mélanges.
[0033] L'épaisseur de ladite deuxième couche peut aller de 5 à 50 mm, et son poids peut
aller de 0,05 à 0,5 kg/m.
[0034] Par ailleurs, cette deuxième couche présente de préférence une section transversale
de forme trapézoïdale ou de forme en « Z ».
[0035] Selon un troisième mode de réalisation, le corps tubulaire peut comprendre ladite
première couche et ladite deuxième couche.
[0036] Dans un mode de réalisation particulier de ce troisième mode de réalisation, la deuxième
couche entoure avantageusement la première couche. De préférence, la première couche
est directement en contact physique avec la deuxième couche.
[0037] Concernant l'élément électriquement conducteur de l'invention, il est destiné au
transport d'énergie (i.e. transmission électrique à haute tension).
[0038] Il peut être de préférence métallique, notamment à base d'aluminium, à savoir soit
uniquement en aluminium, soit en alliage d'aluminium tel que par exemple en alliage
d'aluminium et de zirconium.
[0039] L'aluminium ou l'alliage d'aluminium a l'avantage de présenter un couple conductivité
électrique/poids spécifique optimisé de façon significative, notamment par rapport
au cuivre.
[0040] L'élément électriquement conducteur de l'invention peut être classiquement un assemblage
de fils (ou brins) métalliques dont la section transversale peut être de forme ronde
ou non, ou une combinaison des deux. Lorsqu'ils ne sont pas de forme ronde, la section
transversale de ces fils peut être par exemple de forme trapézoïdale ou de forme en
« Z ». Les différents types de forme sont définis dans la norme IEC 62219.
[0041] Le câble électrique selon l'invention peut présenter un diamètre apparent (i.e. diamètre
extérieur) pouvant aller de 10 à 100 mm.
[0042] De préférence, le câble électrique de l'invention ne comprend pas de couche extérieure
entourant le ou les élément(s) électriquement conducteur(s).
[0043] De ce fait, le ou les éléments électriquement conducteurs sont alors en contact direct
avec leur environnement extérieur (e.g. l'air ambiant). Cette absence de couche extérieure
autour du ou des éléments conducteurs présente l'avantage de garantir un câble électrique
avec une tension de pose la plus faible possible, cette tension de pose étant proportionnelle
au poids du câble électrique. En d'autres termes, l'intérêt est d'avoir un câble électrique
de type OHL présentant un effort mécanique le plus faible possible, cet effort mécanique
étant exercé par le câble sur les deux pylônes entre lesquels il est suspendu. Par
conséquent, la portée du câble électrique entre deux pylônes électriques peut aller
jusqu'à 500 m, voire même jusqu'à 2000 m.
[0044] Le câble électrique de l'invention peut être plus particulièrement un câble de transmission
électrique à haute tension, notamment de type ligne aérienne (OHL) à haute tension
alternative d'au moins 225kV et pouvant aller jusqu'à 800 kV. Ce type de câble est
généralement tendu entre deux pylônes.
[0045] Pour une meilleure compréhension de l'invention, la description fera référence au
dessin annexé et qui figure uniquement à titre illustratif et non limitatif.
[0046] Sur ce dessin, la figure 1 est une vue schématique de section transversale d'un câble
convenant pour la présente invention.
[0047] Pour des raisons de clarté, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de
l'invention ont été représentés de manière schématique, et ceci sans respect de l'échelle.
[0048] Le câble électrique 10, illustré sur la figure 1 , correspond à un câble de transm
ission électrique à haute tension du type OHL.
[0049] Ce câble 10 comprend un corps tubulaire central comprenant :
- une première couche 1 de renforcement, qui n'est pas destinée à conduire l'énergie,
et
- une deuxième couche 2 de renforcement,
la première couche 1 étant entourée par la deuxième couche 2.
[0050] Ledit câble électrique 10 comprend en outre un élément électriquement conducteur
3, destiné à transporter l'énergie électrique, entourant la deuxième couche 2 de renforcement.
[0051] L'élément électriquement conducteur 3 est directement en contact physique avec la
deuxième couche 2 de renforcement, la deuxième couche 2 étant elle-même directement
en contact physique avec la première couche 1 de renforcement.
[0052] La première couche 1 de renforcement peut être obtenue à partir d'une bande de métal
transformée en tube avec une fente longitudinale par un outil de formage. Puis, la
fente longitudinale est soudée, notamment à l'aide d'un dispositif de soudage au laser
ou d'un dispositif de soudage à l'arc électrique sous gaz protecteur, après mise en
contact et maintien des bords de soudure de ladite bande. Le diamètre du tube formé
peut être ensuite rétreint (diminution de la section transversale du tube) par des
techniques bien connues de l'homme du métier.
[0053] La deuxième couche 2 de renforcement comprend une pluralité de brins de fibre de
carbone enrobés dans une matrice thermodurcissable de type époxy, de manière à former
une section transversale de forme trapézoïdale.
[0054] L'élément électriquement conducteur 3 est dans cet exemple un assemblage de brins
en alliage d'aluminium et de zirconium dont la section transversale de chaque brin
est de forme trapézoïdale, ces brins étant torsadés entre eux. Ledit élément électriquement
conducteur n'est donc aucunement étanche à l'environnement extérieur, et les brins
qui le constituent s'écartent d'ailleurs sous l'effet de la chaleur du fait de la
dilation thermique de l'élément conducteur.
[0055] Le câble de la figure 1 ne comporte en outre pas de gaine extérieure. L'élément électriquement
conducteur 3 est ainsi laisser directement au contact de son environnement extérieur
(i.e. l'air ambiant). En configuration opérationnelle du câble électrique, une fois
le câble suspendu entre deux pylônes électriques, l'absence de gaine extérieure permet
avantageusement d'augmenter la portée dudit câble entre deux pylônes électriques et
d'obtenir un meilleur refroidissement du câble.
[0056] Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier,
il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les
équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci
entrent dans le cadre de l'invention.
1. Câble électrique (10) comprenant au moins un élément de renforcement central (1, 2)
s'étendant le long du câble, ledit élément de renforcement étant entouré par au moins
un élément électriquement conducteur (3) s'étendant le long du câble, caractérisé en ce que ledit élément de renforcement central (1, 2) est un corps tubulaire comprenant une
couche (2) d'un matériau non métallique.
2. Câble selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le corps tubulaire comprend une couche (1) d'un matériau métallique.
3. Câble selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau métallique est choisi parmi l'acier, les alliages d'acier, l'aluminium,
les alliages d'aluminium, le cuivre, et les alliages de cuivre, ou une de leurs combinaisons.
4. Câble selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la surface externe de la couche (1) d'un matériau métallique est lisse ou corrugué.
5. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau non métallique est choisi parmi les fibres, les nanofibres, et les nanotubes,
ou un de leurs mélanges.
6. Câble selon la revendication 5, caractérisé en ce que les fibres sont choisies parmi des fibres de carbone, de verre, d'aram ides, de céram
iques, de titanes, de tungstène, de graphites, de bore, de poly(p-phenyl-2,6-benzobisoxazole),
de basalte, et d'alumine, ou une de leurs combinaison.
7. Câble selon la revendication 5, caractérisé en ce que les nanofibres sont des nanofibres de carbones.
8. Câble selon la revendication 5, caractérisé en ce que les nanotubes sont des nanotubes de carbone.
9. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de la couche (2) d'un matériau non métallique est noyé au moins partiellement
dans une matrice organique.
10. Câble selon l'une quelconque des revendication 2 à 9, caractérisé en ce que la couche (2) d'un matériau non métallique entoure la couche (1) d'un matériau métallique.
11. Câble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément électriquement conducteur (3) comprend un assemblage de brins dont la section
transversale de chaque brin est de forme trapézoïdale ou de forme en « Z ».
12. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément électriquement conducteur (3) est à base d'aluminium.
13. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le câble électrique (10) ne comprend pas de couche extérieure entourant le ou les
élément(s) électriquement conducteur(s) (3).
14. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est un câble de transmission électrique à haute tension.