FR3094131A1 - Cable for conducting an electric current comprising a phase change material - Google Patents
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Abstract
Câble de conduction d’un courant électrique comportant un matériau à changement de phase Câble (5) de conduction d’un courant électrique, le câble comportant une gaine d’isolation (25) et une âme (20) logée dans la gaine d’isolation, l’âme comportant un organe conducteur (10) pour la conduction du courant électrique et une gaine d’écrantage de l’élément conducteur (15), l’organe conducteur étant logé dans la gaine d’écrantage de l’élément conducteur, l’âme et/ou la gaine d’isolation contenant un matériau à changement de phase (50). Figure pour l’abrégé : Fig. 5Cable for conduction of an electric current comprising a phase change material Cable (5) for conduction of an electric current, the cable comprising an insulating sheath (25) and a core (20) housed in the sheath of insulation, the core comprising a conductive member (10) for conduction of electric current and a screening sheath of the conductive element (15), the conductive member being housed in the screening sheath of the conductive element , the insulation core and / or sheath containing a phase change material (50). Figure for the abstract: Fig. 5
Description
Un câble pour la conduction d’un courant électrique sous une moyenne tension,i.e.comprise entre 1 kV et 30 kV ou une haute tension,i.e. supérieure à 30 kV, peut être amené à fonctionner dans un régime transitoire de surcharge. La température de l’âme du câble, par laquelle transite le courant électrique, peut dépasser la température de fonctionnement en régime nominal permanent, qui est généralement d’environ 90 °C.A cable for conducting an electric current under medium voltage, ie between 1 kV and 30 kV or high voltage, ie . greater than 30 kV, may be required to operate in a transient overload regime. The temperature of the cable core, through which the electric current passes, can exceed the operating temperature in continuous nominal regime, which is generally around 90°C.
Le régime transitoire peut durer de plus de dix minutes à plusieurs heures. Certains organes du câble sont sensibles aux variations de température, en particulier la gaine d’isolation de l’organe conducteur de courant. Une telle gaine d’isolation est classiquement formée d’un matériau diélectrique, tel que le polyéthylène réticulé (ou XLPE, acronyme anglais de « Cross Linked PolyEthylene »), ou un élastomère éthylène-propylène de haut grade (ou hEPR, acronyme anglais de « high grade Ethylen Propylen Rubber »). Or, afin d’assurer que le câble ne soit pas dégradé au cours du régime transitoire de surcharge, la température du matériau diélectrique est contrainte à ne pas excéder une température critique pendant une durée, cumulée tout au long de la vie du câble, généralement supérieure à 500 heures. Par exemple, cette température critique est de 105°C pour le XLPE et de 130°C pour le hEPR.The transient regime can last from more than ten minutes to several hours. Certain cable components are sensitive to temperature variations, in particular the insulation sheath of the current-carrying component. Such an insulation sheath is conventionally formed from a dielectric material, such as cross-linked polyethylene (or XLPE, English acronym for “Cross Linked PolyEthylene”), or a high-grade ethylene-propylene elastomer (or hEPR, English acronym for "high-grade Ethylene Propylene Rubber"). However, in order to ensure that the cable is not degraded during the transient overload regime, the temperature of the dielectric material is constrained not to exceed a critical temperature for a duration, accumulated throughout the life of the cable, generally greater than 500 hours. For example, this critical temperature is 105°C for XLPE and 130°C for hEPR.
Les possibilités d’agencement au sein du câble des organes constitutifs, ainsi que les dimensions de ces organes, sont directement impactées par la contrainte décrite ci-dessus. Les possibilités de mise en œuvre du câble sont elles aussi impactées, puisque le choix du câble est déterminé par les conditions thermiques auxquelles il est soumis. Par exemple, la température de la gaine d’isolation d’un câble est différente en régime nominal permanent, selon la profondeur d’enfouissement du câble dans le sol et/ou selon l’humidité du sol.The possibilities of arrangement within the cable of the constituent organs, as well as the dimensions of these organs, are directly impacted by the constraint described above. The possibilities of implementing the cable are also impacted, since the choice of cable is determined by the thermal conditions to which it is subjected. For example, the temperature of the insulation sheath of a cable is different in nominal steady state, depending on the depth of burial of the cable in the ground and/or depending on the humidity of the ground.
A l’heure actuelle, pour éviter que la température critique du matériau diélectrique de la gaine d’isolation ne soit atteinte, il est connu que l’opérateur mettant en œuvre un tel câble limite la durée de fonctionnement en régime de surcharge transitoire.At present, to prevent the critical temperature of the dielectric material of the insulation sheath from being reached, it is known that the operator implementing such a cable limits the duration of operation in a transient overload regime.
Il est aussi connu de CN 103745772 A un câble électrique dont une couche externe comporte un matériau à changement de phase pour réguler la température du câble, et notamment dans le cas d’un auto-échauffement. Un câble comportant un matériau à changement de phase est aussi connu de CN 205264399 U.It is also known from CN 103745772 A an electric cable whose outer layer comprises a phase change material to regulate the temperature of the cable, and in particular in the case of self-heating. A cable comprising a phase change material is also known from CN 205264399 U.
Il existe donc un besoin pour augmenter la durée de fonctionnement en régime transitoire de surcharge et/ou l’intensité maximale du courant conduit par un câble durant un tel régime, tout en limitant la potentielle détérioration du câble.There is therefore a need to increase the duration of operation in a transient overload regime and/or the maximum intensity of the current carried by a cable during such a regime, while limiting the potential deterioration of the cable.
L’invention répond à ce besoin et propose un câble de conduction d’un courant électrique, de préférence sous une moyenne tension ou une haute tension, le câble comportant une gaine d’isolation et une âme logée dans la gaine d’isolation, l’âme comportant un organe conducteur pour la conduction du courant électrique et une gaine d’écrantage de l’élément conducteur, l’organe conducteur étant logé dans la gaine d’écrantage de l’élément conducteur, l’âme et/ou la gaine d’isolation contenant un matériau à changement de phase.The invention meets this need and proposes a cable for conducting an electric current, preferably under medium voltage or high voltage, the cable comprising an insulating sheath and a core housed in the insulating sheath, the core comprising a conductive member for conducting the electric current and a screen sheath for the conductive element, the conductive member being housed in the screen sheath for the conductive element, the core and/or the sheath insulation containing a phase change material.
Lors d’un fonctionnement en régime transitoire de surcharge, la chaleur produite par l’échauffement de l’organe conducteur par effet Joule est transmise au matériau à changement de phase dont la température augmente conséquemment. La température du matériau à changement de phase peut alors être supérieure à sa température de changement de phase. Le changement de phase s’opère alors. Il s’accompagne d’une augmentation de l’énergie interne du matériau, ce qui limite l’élévation de la température du matériau à changement de phase et l’élévation de la température de la gaine d’isolation. Le câble selon l’invention peut avantageusement être soumis à de multiples et longs régimes transitoires de surcharge, notamment d’intensité de courant élevée.During operation in a transient overload regime, the heat produced by the heating of the conductive member by the Joule effect is transmitted to the phase change material, the temperature of which increases accordingly. The temperature of the phase change material can then be higher than its phase change temperature. The phase change then takes place. It is accompanied by an increase in the internal energy of the material, which limits the temperature rise of the phase change material and the temperature rise of the insulation sheath. The cable according to the invention can advantageously be subjected to multiple and long transient overload conditions, in particular high current intensity.
Une « gaine » est un organe souple, de forme générale tubulaire et creuse s’étendant selon une direction longitudinale, courbe ou rectiligne, et définissant un volume intérieur pour contenir un autre organe. Observé selon la direction longitudinale, la gaine ceinture entièrement l’autre organe.A “sheath” is a flexible organ, of generally tubular and hollow shape extending in a longitudinal, curved or straight direction, and defining an interior volume to contain another organ. Observed in the longitudinal direction, the sheath completely surrounds the other organ.
Par souci de concision et sauf indication contraire, un organe « conducteur », respectivement « isolant » est au sens de l’invention, électriquement conducteur, respectivement électriquement isolant.For the sake of brevity and unless otherwise indicated, a "conductive", respectively "insulating" member is, within the meaning of the invention, electrically conductive, respectively electrically insulating.
Par « moyenne tension », on entend une tension comprise entre 1 kV et 30 kV, et par « haute tension », on entend une tension supérieure à 30 kV.“Medium voltage” means a voltage between 1 kV and 30 kV, and “high voltage” means a voltage greater than 30 kV.
Le matériau à changement de phase peut être disposé selon au moins une, et notamment plusieurs, des configurations suivantes.The phase change material can be arranged according to at least one, and in particular several, of the following configurations.
Il peut être logé dans la gaine d’écrantage de l’élément conducteur. Un organe « logé dans la gaine » est disposé au moins partiellement, voire totalement, dans le volume intérieur défini par la gaine.It can be housed in the shielding sheath of the conductive element. A member “housed in the sheath” is arranged at least partially, or even completely, in the interior volume defined by the sheath.
Le matériau à changement de phase peut être au moins en partie disposé entre l’organe conducteur et la gaine d’isolation.The phase change material may be at least partly disposed between the conductive member and the insulation sheath.
La gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut contenir le matériau à changement de phase. Notamment, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur comporte une paroi s’étendant selon une direction d’extension qui peut comporter le matériau à changement de phase.The shielding sheath of the conductive element may contain the phase change material. In particular, the shielding sheath of the conductive element comprises a wall extending along a direction of extension which may comprise the phase change material.
Le matériau à changement de phase peut être disposé entre l’organe conducteur et la gaine d’écrantage de l’élément conducteur. Il peut être au contact de l’organe conducteur et/ou de la gaine d’écrantage de l’élément conducteur.The phase change material may be placed between the conductive member and the shielding sheath of the conductive element. It may be in contact with the conductive member and/or the screening sheath of the conductive element.
Il peut être fixé sur l’organe conducteur et/ou sur la gaine d’écrantage de l’élément conducteur.It can be attached to the conductive component and/or to the conductive element screening sheath.
L’organe conducteur peut être un fil métallique, notamment en un alliage d’aluminium ou de cuivre. L’alliage d’aluminium, respectivement l’alliage de cuivre, comporte pour plus de 95 %, voire pour plus de 99 % de sa masse, de l’aluminium, respectivement du cuivre.The conductive member may be a metal wire, in particular an aluminum or copper alloy. The aluminum alloy, respectively the copper alloy, comprises for more than 95%, even for more than 99% of its mass, aluminum, respectively copper.
L’organe conducteur peut présenter une section ronde ou ovale.The conductive member may have a round or oval section.
L’organe conducteur peut comporter une pluralité de fils métalliques disposés dans la gaine d’écrantage de l’élément conducteur.The conductive member may comprise a plurality of metal wires arranged in the shielding sheath of the conductive element.
Le matériau à changement de phase, notamment sous la forme de particules, peut être disposé entre les fils.The phase change material, in particular in the form of particles, can be placed between the wires.
Les fils peuvent être noyés dans un bloc formé par le matériau à changement de phase. Le bloc est de préférence logé dans, et de préférence au contact de, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur. Le bloc peut être collé sur la gaine d’écrantage de l’élément conducteur. Le bloc peut gainer chacun des fils.The wires can be embedded in a block formed by the phase change material. The block is preferably housed in, and preferably in contact with, the shielding sheath of the conductive element. The block can be glued to the shielding sheath of the conductive element. The block can sheath each of the wires.
La pluralité de fils peut former un ou plusieurs torons, ou une ou plusieurs tresses. Le matériau à changement de phase peut être disposé entre les torons ou entre les tresses.The plurality of yarns can form one or more strands, or one or more braids. The phase change material can be placed between the strands or between the braids.
Le matériau à changement de phase peut être disposé dans les interstices entre les fils formant toron.The phase change material may be disposed in the interstices between the strand-forming yarns.
La ou les tresses et/ou torons peuvent être noyés dans un bloc formé par le matériau à changement de phase tel que décrit ci-dessus.The braid or braids and/or strands can be embedded in a block formed by the phase change material as described above.
L’aire de la section de l’organe conducteur qui est transversale à la direction d’extension de l’organe conducteur est de préférence comprise entre 25 mm2et 2500 mm2. Elle peut être définie conformément à la norme IEC 60228.The area of the section of the conductive member which is transverse to the direction of extension of the conductive member is preferably between 25 mm 2 and 2500 mm 2 . It can be defined according to the IEC 60228 standard.
L’âme peut comporter une gaine de régulation thermique comportant le matériau à changement de phase, la gaine de régulation thermique étant disposée entre, et de préférence au contact de, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur et l’organe conducteur. La gaine de régulation thermique peut être en un matériau semi-conducteur.The core may comprise a thermal regulation sheath comprising the phase change material, the thermal regulation sheath being placed between, and preferably in contact with, the shielding sheath of the conductive element and the conductive member. The thermal regulation sheath can be made of a semiconductor material.
De préférence, l’âme remplit entièrement le volume intérieur défini par la gaine.Preferably, the core completely fills the interior volume defined by the sheath.
L’âme peut présenter une section transversale à la direction d’extension de l’âme, comprise entre 25 mm2et 2500 mm2.The core may have a cross section in the direction of extension of the core, comprised between 25 mm 2 and 2500 mm 2 .
Le « diamètre » d’un organe est mesuré dans une section transverse à la direction longitudinale. Il correspond à la plus grande dimension du plus petit cercle dans lequel le contour extérieur de l’organe est inscrit.The "diameter" of an organ is measured in a section transverse to the longitudinal direction. It corresponds to the largest dimension of the smallest circle in which the external contour of the organ is inscribed.
La gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut contenir une portion du matériau à changement de phase et une autre portion du matériau à changement de phase peut être contenue dans le volume intérieur défini par la gaine d’écrantage de l’élément conducteur.The shielding sheath of the conductive element may contain a portion of the phase change material and another portion of the phase change material may be contained in the interior volume defined by the shielding sheath of the conductive element.
Le matériau à changement de phase présente au moins un changement de phase à une température de changement de phase comprise entre 50 °C et 150 °C. Lors d’une augmentation de température, le changement de phase peut s’effectuer par fusion de l’état solide à l’état liquide, ou par transition de l’état solide vers un autre état solide.The phase change material exhibits at least one phase change at a phase change temperature between 50°C and 150°C. During an increase in temperature, the phase change can take place by fusion from the solid state to the liquid state, or by transition from the solid state to another solid state.
De préférence, le matériau à changement de phase présente une température de changement de phase comprise entre 60 °C et 150 °C, qui est particulièrement bien adaptée à limiter l’élévation de température au sein du câble lorsque la température de la gaine d’isolation dépasse la température de régime nominal permanent.Preferably, the phase change material has a phase change temperature of between 60°C and 150°C, which is particularly well suited to limiting the temperature rise within the cable when the temperature of the sheath is insulation exceeds the continuous rated temperature.
Par exemple, la température de la gaine d’isolation en régime nominal permanent est comprise entre 85 °C et 90 °C.For example, the temperature of the insulation sheath in nominal steady state is between 85°C and 90°C.
Le matériau à changement de phase peut présenter une enthalpie libre de changement de phase, supérieure à 100 J/g, notamment supérieure à 150 J/g, sur la base de la masse de matériau à changement de phase.The phase change material may have a free enthalpy of phase change greater than 100 J/g, especially greater than 150 J/g, based on the mass of phase change material.
Le câble peut présenter une masse linéaire de matériau à changement de phase comprise entre 1 g/m et 100 g/m, de préférence entre 10 g/m et 50 g/m. La masse linéaire de matériau à changement de phase correspond à la masse totale de matériau à changement contenue dans le câble, divisée par la longueur du câble.The cable may have a linear mass of phase change material of between 1 g/m and 100 g/m, preferably between 10 g/m and 50 g/m. The linear mass of phase change material corresponds to the total mass of phase change material contained in the cable, divided by the length of the cable.
Le matériau à changement de phase peut être choisi parmi une paraffine, un acide gras, un acide carboxylique, un sel fondu, un alcool de sucre et leurs mélanges.The phase change material can be selected from paraffin, fatty acid, carboxylic acid, molten salt, sugar alcohol and mixtures thereof.
Par exemple, le matériau à changement de phase est :For example, the phase change material is:
- le produit A95 commercialisé par la société PCM Products®, dont la température de fusion est égale à 95 °C, et/ou- the A95 product marketed by the company PCM Products®, whose melting point is equal to 95°C, and/or
- le pentacontane de formule C50H102dont la température de fusion est d’environ 92 °C, et/ou- pentacontane of formula C 50 H 102 whose melting point is approximately 92°C, and/or
- l’acide pentanedioïque dont la température de fusion est de 92,1 °C, et/ou- pentanedioic acid with a melting point of 92.1°C, and/or
- le produit PCM105 commercialisé par la société Clauger® dont la température de fusion est de 86 °C, et/ou- the product PCM105 marketed by the company Clauger® whose melting point is 86°C, and/or
- le produit RT70HC commercialisé par la société Rubitherm dont la température de fusion est de 69°C, et/ou- the product RT70HC marketed by Rubitherm, the melting point of which is 69°C, and/or
- la paraffine RT90 commercialisé par la société Rubitherm dont la température de fusion est de 90°C.- RT90 paraffin marketed by Rubitherm, the melting point of which is 90°C.
Par ailleurs, le matériau à changement de phase peut se présenter au moins en partie, voire entièrement, sous la forme de particules. Il peut ainsi être aisément introduit dans l’âme lors de la fabrication du câble.Furthermore, the phase change material may be at least partly, or even entirely, in the form of particles. It can thus be easily introduced into the core during the manufacture of the cable.
La taille des particules de matériau à changement de phase peut être inférieure à 400 µm, voire inférieure à 200 µm, par exemple inférieure à 150 µm.The size of the phase change material particles can be less than 400 μm, or even less than 200 μm, for example less than 150 μm.
En particulier, dans la variante où l’organe conducteur comporte une pluralité de fils, notamment formant au moins un toron, le matériau à changement de phase peut se présenter sous la forme de particules logées dans les interstices entre les fils. Les particules peuvent être collées sur le ou les fils. Les particules occupant un volume libre entre les fils, leur introduction n’induit qu’une faible augmentation du volume total du câble.In particular, in the variant where the conductive member comprises a plurality of wires, in particular forming at least one strand, the phase change material may be in the form of particles housed in the interstices between the wires. The particles may be stuck to the wire(s). The particles occupying a free volume between the wires, their introduction only induces a small increase in the total volume of the cable.
Par ailleurs, comme indiqué précédemment, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut contenir le matériau à changement de phase. L’intégration du matériau à changement de phase, notamment sous la forme de particules, dans la gaine d’écrantage de l’élément conducteur simplifie la fabrication du câble. En outre, le matériau à changement de phase étant alors disposé autour de l’organe conducteur, il régule thermiquement l’élévation de température dans le câble selon plusieurs directions.Furthermore, as indicated previously, the shielding sheath of the conductive element may contain the phase change material. The integration of the phase change material, in particular in the form of particles, in the shielding sheath of the conductive element simplifies the manufacture of the cable. In addition, the phase change material then being arranged around the conductive member, it thermally regulates the temperature rise in the cable in several directions.
La gaine d’écrantage de l’élément conducteur participe à homogénéiser le champ électrique induit par le passage du courant dans l’organe conducteur. Elle peut présenter une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 5,0 mm, de préférence entre 0,5 mm et 3,0 mm, voire entre 0,5 mm et 2,0 mm.The shielding sheath of the conductive element participates in homogenizing the electric field induced by the passage of current in the conductive element. It may have a thickness of between 0.1 mm and 5.0 mm, preferably between 0.5 mm and 3.0 mm, or even between 0.5 mm and 2.0 mm.
De préférence, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur est en contact avec l’organe conducteur et avec la gaine d’isolation. De préférence, elle est prise en sandwich entre l’organe conducteur et la gaine d’isolation.Preferably, the shielding sheath of the conductive element is in contact with the conductive member and with the insulation sheath. Preferably, it is sandwiched between the conductive member and the insulation sheath.
La gaine d’écrantage de l’élément conducteur comporte de préférence un composé semi-conducteur.The shielding sheath of the conductive element preferably comprises a semiconductor compound.
Le composé semi-conducteur peut comporter une matrice polymérique, notamment comportant un copolymère d’éthylène réticulé, et une charge dispersée dans la matrice, la charge comportant des particules de noir de carbone.The semiconductor compound may comprise a polymeric matrix, in particular comprising a crosslinked ethylene copolymer, and a filler dispersed in the matrix, the filler comprising particles of carbon black.
Dans la variante où la gaine d’écrantage de l’élément conducteur comporte le matériau à changement de phase, la charge comporte de préférence des particules du matériau à changement de phase. La teneur massique de matériau à changement de phase, exprimée en pourcentages sur la base de la masse de la charge, est comprise entre 40 % et 80 %.In the variant where the shielding sheath of the conductive element comprises the phase change material, the filler preferably comprises particles of the phase change material. The mass content of phase change material, expressed in percentages based on the mass of the filler, is between 40% and 80%.
Le matériau à changement de phase peut être réparti de manière homogène dans la gaine d’écrantage de l’élément conducteur.The phase change material can be evenly distributed in the shielding sheath of the conductive element.
La gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut être multicouche. On facilite ainsi l’intégration du matériau à changement de phase dans le câble.The shielding sheath of the conductive element can be multilayered. This facilitates the integration of the phase change material into the cable.
La gaine d’écrantage multicouche peut être formée par coextrusion sur l’organe conducteur. Ainsi, chaque couche de la gaine d’écrantage multicouche s’étend selon la direction d’extension du câble.The multilayer screening sheath can be formed by coextrusion on the conductive member. Thus, each layer of the multilayer screening sheath extends in the direction of extension of the cable.
Selon une variante préférée, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut comporter un ruban enroulé autour de la direction d’extension de l’élément conducteur. En particulier, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut être formée par le ruban.According to a preferred variant, the shielding sheath of the conductive element may comprise a ribbon wound around the direction of extension of the conductive element. In particular, the shielding sheath of the conductive element can be formed by the tape.
Le ruban peut notamment être enroulé en hélice autour de la direction d’extension de l’organe conducteur. En particulier, les enroulements consécutifs du ruban peuvent se chevaucher l’un sur l’autre.The ribbon can in particular be wound in a helix around the direction of extension of the conductive member. In particular, the consecutive windings of the ribbon can overlap one on the other.
Le ruban peut être multicouche et comporter des couches inférieure et supérieure et une couche interne contenant, voire constituée par le matériau à changement de phase, la couche interne étant prise en sandwich entre les couches inférieure et supérieure.The ribbon may be multilayered and comprise lower and upper layers and an inner layer containing, or even consisting of, the phase-change material, the inner layer being sandwiched between the lower and upper layers.
De préférence, la couche interne présente une épaisseur comprise entre 1,0 mm et 2,0 mm.Preferably, the inner layer has a thickness between 1.0 mm and 2.0 mm.
Les couches inférieure et supérieure peuvent être en un matériau textile, notamment tissé ou non-tissé, par exemple formé de fibres polyacrylate ou polyester.The lower and upper layers can be made of a textile material, in particular woven or non-woven, for example formed from polyacrylate or polyester fibers.
Les couches inférieure et supérieure peuvent être en un matériau polymère thermofusible. Notamment, elles peuvent être en un matériau textile dont les fibres sont thermofusibles.The bottom and top layers may be of a thermofusible polymeric material. In particular, they can be made of a textile material whose fibers are heat-fusible.
La couche interne peut comporter un matériau thermofusible, qui lie la couche interne aux couches inférieure et supérieure.The inner layer may include a hot melt material, which bonds the inner layer to the bottom and top layers.
La gaine d’isolation peut comporter, voire peut consister, en un matériau diélectrique choisi parmi, un copolymère éthylène-propylène de qualité dure, le polyéthylène réticulé, le polypropylène (PP), le polyéthylène haute densité (HDPE) et leurs mélanges.The insulation sheath may comprise, or even may consist of, a dielectric material chosen from among a hard quality ethylene-propylene copolymer, cross-linked polyethylene, polypropylene (PP), high-density polyethylene (HDPE) and mixtures thereof.
En particulier, la gaine d’isolation peut comporter ledit matériau diélectrique et le matériau à changement de phase. En particulier, ledit matériau diélectrique peut former une matrice dans laquelle le matériau à changement de phase, notamment se présentant sous la forme de particules, est dispersé.In particular, the insulating sheath may comprise said dielectric material and the phase change material. In particular, said dielectric material can form a matrix in which the phase change material, in particular in the form of particles, is dispersed.
La gaine d’isolation peut présenter une épaisseur comprise entre 3 mm et 30 mm.The insulation sheath can have a thickness between 3 mm and 30 mm.
Par ailleurs, le câble peut comporter une gaine d’écrantage d’isolant dans laquelle la gaine d’isolation est logée. La gaine d’écrantage d’isolant est de préférence au contact de la gaine d’isolation. La gaine d’isolation peut être prise en sandwich entre la gaine d’écrantage d’isolant et la gaine d’écrantage de l’organe conducteur. La gaine d’écrantage d’isolant, la gaine d’isolation et la gaine d’écrantage de l’élément conducteur peuvent être fabriquées par coextrusion.In addition, the cable may include an insulation screening sheath in which the insulation sheath is housed. The insulation screening sheath is preferably in contact with the insulation sheath. The insulation sheath may be sandwiched between the insulation screening sheath and the conductive member screening sheath. The insulation shielding sheath, the insulation sheath and the conductive element shielding sheath can be manufactured by coextrusion.
Il peut comporter une bande textile pour absorber l’eau en provenance de l’environnement du câble, qui peut ceinturer la gaine d’écrantage d’isolation.It may include a textile strip to absorb water coming from the environment of the cable, which may encircle the insulation screening sheath.
Le câble peut encore comporter une gaine de blindage métallique, par exemple en aluminium ou en cuivre, ceinturant la bande textile, qui est destinée à être reliée à la terre afin d’évacuer les courants de fuite et de court-circuit.The cable may also include a metal shielding sheath, for example aluminum or copper, encircling the textile strip, which is intended to be earthed in order to evacuate leakage and short-circuit currents.
Le câble peut comporter une bande métallique, par exemple en acier galvanisé qui assure une protection mécanique vis-à-vis de l’environnement externe, et qui peut être disposée autour de la gaine de blindage.The cable may comprise a metal strip, for example of galvanized steel which provides mechanical protection vis-à-vis the external environment, and which may be arranged around the shielding sheath.
Il peut comporter une gaine extérieure de protection en un élastomère, par exemple en polyéthylène, dans laquelle sont logés l’ensemble des organes constitutifs du câble décrits ci-dessus.It may comprise an outer protective sheath made of an elastomer, for example polyethylene, in which are housed all the components of the cable described above.
Par ailleurs, le câble peut être adapté à la conduction d’un courant dont l’intensité est comprise entre 100 A et 2000 A et/ou sous une tension électrique supérieure à 1 kV, voire supérieure à 30 kV.In addition, the cable can be adapted to the conduction of a current whose intensity is between 100 A and 2000 A and/or under an electrical voltage greater than 1 kV, or even greater than 30 kV.
L’aire de la section du câble qui est transversale à la direction d’extension du câble est de préférence comprise entre 25 mm2et 2500 mm2.The area of the section of the cable which is transverse to the direction of extension of the cable is preferably between 25 mm 2 and 2500 mm 2 .
Par ailleurs, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un câble selon l’invention.Furthermore, the invention relates to a method of manufacturing a cable according to the invention.
Selon un premier de ses aspects, le procédé comporte la formation d’une gaine d’écrantage de l’élément conducteur en revêtant un organe conducteur par un composé semi-conducteur comportant un matériau à changement de phase.According to a first of its aspects, the method comprises the formation of a shielding sheath of the conductive element by coating a conductive member with a semiconductor compound comprising a phase change material.
Le procédé peut comporter une étape de passage au sein d’une filière, de l’organe conducteur revêtu de la gaine d’écrantage de l’élément conducteur. La gaine d’écrantage de l’élément conducteur peut ainsi présenter un profil prédéterminé.The method may include a step of passing, within a die, the conductive member coated with the shielding sheath of the conductive element. The screening sheath of the conductive element can thus have a predetermined profile.
Par ailleurs, le procédé peut comporter, préalablement à la formation de la gaine d’écrantage de l’élément conducteur, la préparation du composé semi-conducteur.Furthermore, the method may include, prior to the formation of the shielding sheath of the conductive element, the preparation of the semiconductor compound.
La préparation du composé semi-conducteur peut comporter le mélange d’au moins une matière première polymérique, d’au moins une matière première comportant le noir de carbone et d’au moins une matière première comportant le matériau à changement de phase. La matière première comportant le noir de carbone peut se présenter sous la forme d’une poudre, notamment formée de particules agglomérées entre elles. Optionnellement, un agent antioxydant et/ou un peroxyde peuvent être ajoutés au mélange. Le peroxyde permet d’opérer la réticulation du copolymère d’éthylène après que l’organe conducteur soit revêtu par le mélange.The preparation of the semiconductor compound may comprise mixing at least one polymeric raw material, at least one raw material comprising the carbon black and at least one raw material comprising the phase change material. The raw material comprising the carbon black may be in the form of a powder, in particular formed of particles agglomerated together. Optionally, an antioxidant and/or a peroxide can be added to the mixture. The peroxide makes it possible to operate the crosslinking of the ethylene copolymer after the conductive member has been coated with the mixture.
Le mélange des matières premières peut être effectué au sein d’une extrudeuse bi-vis. La vitesse de rotation de chacune des vis peut être comprise entre 20 tours par minute et 200 tours par minutes, pour homogénéiser le mélange.Raw materials can be mixed in a twin-screw extruder. The speed of rotation of each of the screws can be between 20 revolutions per minute and 200 revolutions per minute, to homogenize the mixture.
Le composé semi-conducteur peut présenter une structure homogène. Il peut notamment comporter une matrice polymérique et une charge dispersée dans la matrice, la charge comportant des particules de noir de carbone et des particules de matériau à changement de phase.The semiconductor compound may have a homogeneous structure. It may in particular comprise a polymer matrix and a filler dispersed in the matrix, the filler comprising particles of carbon black and particles of phase change material.
La matrice polymérique peut comporter un précurseur du copolymère d’éthylène, par exemple choisi parmi le polyéthylène, l’éthylène-acétate de vinyle, le polyéthylène haute densité et leurs mélanges.The polymer matrix may comprise a precursor of the ethylene copolymer, for example chosen from polyethylene, ethylene-vinyl acetate, high density polyethylene and mixtures thereof.
Les quantités en matières premières sont déterminées de sorte que le composé semi-conducteur présente la composition telle que décrite ci-dessus.The quantities of raw materials are determined so that the semiconductor compound has the composition as described above.
Pour préparer le composé semi-conducteur, les matières premières comportant le matériau polymère peuvent se présenter sous la forme de pastilles.To prepare the semiconductor compound, the raw materials comprising the polymer material can be in the form of pellets.
La température à laquelle le composé semi-conducteur est préparé peut être comprise entre 110°C et 250°C. De préférence, elle est supérieure à la température de changement de phase du matériau à changement de phase.The temperature at which the semiconductor compound is prepared can be between 110°C and 250°C. Preferably, it is higher than the phase change temperature of the phase change material.
Selon une variante, le composé semi-conducteur peut se présenter sous la forme d’un ruban, notamment multicouche, et le procédé comporte l’enroulement du ruban autour de l’organe conducteur et de préférence au contact de l’organe conducteur.According to a variant, the semiconductor compound can be in the form of a ribbon, in particular multilayer, and the method comprises winding the ribbon around the conductive member and preferably in contact with the conductive member.
L’enroulement peut être effectué de sorte que les spires du ruban sont enroulées en hélice autour de la direction d’extension de l’organe conducteur.The winding can be done so that the turns of the ribbon are wound helically around the direction of extension of the conductive member.
De préférence, l’enroulement comporte le recouvrement des spires consécutives du ruban les unes sur les autres.Preferably, the winding comprises the overlapping of the consecutive turns of the tape on top of each other.
Le ruban multicouche peut être formé en selon une méthode comportant l’intégration, entre deux feuilles d’un matériau à changement de phase de manière à former le ruban. L’intégration est de préférence réalisée sous la forme d’une couche interne comportant le matériau à changement de phase, qui présente de préférence une épaisseur comprise entre 1,0 mm et 2,0 mm.The multi-layer ribbon can be formed by a method that includes embedding between two sheets of a phase change material to form the ribbon. The integration is preferably carried out as an inner layer comprising the phase change material, which preferably has a thickness of between 1.0 mm and 2.0 mm.
La méthode peut comporter le laminage du ruban pour assurer l’homogénéité de l’épaisseur du ruban et pour améliorer la cohésion du ruban.The method may include rolling the tape to ensure uniform tape thickness and to improve tape cohesion.
Au moins une, voire les deux feuilles peuvent être en un matériau polymérique ou, de préférence, en un matériau textile.At least one, or even both sheets can be made of a polymeric material or, preferably, of a textile material.
Le matériau textile peut être choisi parmi un tissé ou un non-tissé, par exemple un voile. Le matériau textile ou le matériau polymérique peuvent comporter du polyester et optionnellement du noir de carbone.The textile material can be chosen from a woven or a non-woven, for example a veil. The textile material or the polymeric material may comprise polyester and optionally carbon black.
Par ailleurs, la méthode peut comporter l’intégration, conjointement au matériau à changement de phase, de fibres thermofusibles entre les feuilles, pour améliorer la cohésion du ruban, et améliorer la continuité électrique entre les faces opposées du ruban.Furthermore, the method may include the integration, together with the phase change material, of thermofusible fibers between the sheets, to improve the cohesion of the ribbon, and to improve the electrical continuity between the opposite faces of the ribbon.
Le collage des feuilles par l’intermédiaire des fibres thermofusibles peut être réalisé au moyen d’un élément chauffant appliqué en surface d’une ou des deux feuilles.The bonding of the sheets using the thermofusible fibers can be carried out by means of a heating element applied to the surface of one or both sheets.
Le collage des feuilles peut être réalisé conjointement au laminage du ruban. Par exemple, le collage peut être effectué au moyen de rouleaux de laminage chauffés à une température supérieure à la température de fusion du polymère thermofusible.The gluing of the sheets can be carried out together with the lamination of the ribbon. For example, the gluing can be carried out by means of rolling rollers heated to a temperature higher than the melting temperature of the thermofusible polymer.
De préférence, quelle que soit la variante de préparation du composé semi-conducteur, la matière première comportant le matériau à changement de phase est formée de particules présentant un diamètre compris entre 45 µm et 150 µm.Preferably, regardless of the preparation variant of the semiconductor compound, the raw material comprising the phase change material is formed of particles having a diameter of between 45 μm and 150 μm.
L’épaisseur du composé semi-conducteur peut être comprise entre 0,5 mm et 4,0 mm.The thickness of the semiconductor compound can be between 0.5 mm and 4.0 mm.
Par ailleurs, selon un deuxième de ses aspects, le procédé comporte les étapes successives suivantes consistant à
a1) revêtir au moins partiellement plusieurs fils métalliques avec un matériau à changement de phase, et
b1) assembler, notamment toronner, les fils revêtus de façon à former un organe conducteur.Furthermore, according to a second of its aspects, the method comprises the following successive steps consisting in
a 1 ) at least partially coating several metal wires with a phase change material, and
b 1 ) assembling, in particular stranding, the coated wires so as to form a conductive member.
De préférence, le procédé selon le deuxième aspect comporte une étape c1) optionnelle, successive à l’étape b1), consistant à ceinturer l’organe conducteur avec une gaine formée d’un composé semi-conducteur comportant une matrice polymérique et une charge dispersée dans la matrice, la charge comportant des particules de noir de carbone.Preferably, the method according to the second aspect comprises an optional step c 1 ), successive to step b 1 ), consisting in surrounding the conductive member with a sheath formed of a semiconductor compound comprising a polymer matrix and a filler dispersed in the matrix, the filler comprising particles of carbon black.
De préférence, à l’étape a1), on dépose des particules de matériau à changement de phase sur une partie de la surface de chacun des fils. Par exemple, les particules peuvent être chauffées à une température suffisante pour être adhérentes sur la surface du fil après refroidissement.Preferably, in step a 1 ), particles of phase change material are deposited on part of the surface of each of the wires. For example, the particles can be heated to a temperature sufficient to adhere to the surface of the wire after cooling.
Dans une variante, le matériau à changement de phase peut être chauffé jusqu’à une température où il est liquide et forme un bain, et on peut immerger le fil dans le bain de manière à le revêtir.Alternatively, the phase change material can be heated to a temperature where it is liquid and forms a bath, and the wire can be immersed in the bath to coat it.
Selon un troisième de ses aspects, le procédé peut comporter en succession :According to a third of its aspects, the method may comprise in succession:
- une étape de préparation d’un mélange comportant le matériau à changement de phase, un polymère diélectrique, de préférence choisi parmi le polyéthylène, le polypropylène et leurs mélanges, et un peroxyde pour réticuler le polymère diélectrique,- a step of preparing a mixture comprising the phase change material, a dielectric polymer, preferably chosen from polyethylene, polypropylene and mixtures thereof, and a peroxide to crosslink the dielectric polymer,
- une étape de revêtement de l’âme avec le mélange de manière à former la gaine d’isolation, puis- a step of coating the core with the mixture so as to form the insulation sheath, then
- une étape de durcissement du polymère diélectrique par réticulation.- a step of curing the dielectric polymer by crosslinking.
La préparation du mélange peut comporter l’ajout d’un antioxydant de manière à accélérer le déclenchement de l’étape de réticulation. En variante, l’antioxydant peut être introduit par imprégnation de la gaine d’isolation en fin d’étape de revêtement.The preparation of the mixture may include the addition of an antioxidant so as to accelerate the triggering of the crosslinking step. Alternatively, the antioxidant can be introduced by impregnating the insulation sheath at the end of the coating step.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée et du dessin annexé dans lequelThe invention may be better understood on reading the detailed description and the appended drawing in which
On a représenté sur la figure 1 un câble 5 selon un exemple de réalisation de l’invention. Le câble s’étend selon une direction longitudinale X.There is shown in Figure 1 a cable 5 according to an embodiment of the invention. The cable extends in a longitudinal direction X.
Il comporte un organe conducteur 10, formé d’un toron 12 de fils 17 d’aluminium. Les fils peuvent être en un autre métal conducteur, par exemple en cuivre. Par ailleurs, dans une variante non illustrée, l’organe conducteur peut comporter plusieurs torons.It comprises a conductive member 10, formed of a strand 12 of son 17 of aluminum. The wires can be made of another conductive metal, for example copper. Furthermore, in a variant not shown, the conductive member may comprise several strands.
L’organe conducteur est au contact d’une gaine d’écrantage de l’élément conducteur 15 qui comporte une matrice en un copolymère d’éthylène, dans laquelle sont dispersées des particules de noir de carbone, aussi dénommé particules de noir d’acétylène, ainsi que des particules d’un matériau à changement de phase 50. La gaine d’écrantage de l’élément conducteur présente une épaisseur comprise entre 1,0 mm et 5,0 mm, de préférence entre 1,0 et 2,0 mm. L’organe conducteur est fixé sur la gaine d’écrantage de l’élément conducteur.The conductive member is in contact with a shielding sheath of the conductive element 15 which comprises a matrix made of an ethylene copolymer, in which are dispersed particles of carbon black, also called particles of acetylene black. , as well as particles of a phase change material 50. The shielding sheath of the conductive element has a thickness of between 1.0 mm and 5.0 mm, preferably between 1.0 and 2.0 mm. The conductive member is fixed to the screen sheath of the conductive element.
L’ensemble formé par l’organe conducteur et par la gaine d’écrantage de l’élément conducteur forme une âme 20.The assembly formed by the conductive member and by the shielding sheath of the conductive element forms a core 20.
L’âme est au contact d’une gaine d’isolation 25, par exemple formée de polyéthylène réticulé (XLPE) qui présente des propriétés diélectriques pour isoler électriquement l’âme des autres organes constituant le câble. L’âme est fixée sur la gaine d’isolation.The core is in contact with an insulating sheath 25, for example formed of cross-linked polyethylene (XLPE) which has dielectric properties to electrically insulate the core from the other components making up the cable. The core is fixed on the insulation sheath.
Le câble comporte une gaine d’écrantage d’isolant 30 ceinturant la gaine d’isolation et en contact avec cette dernière. La gaine d’écrantage d’isolant est formée d’un composé semi-conducteur, comportant une matrice en un copolymère d’éthylène, dans laquelle sont dispersées des particules de noir de carbone, aussi dénommé particules de noir d’acétylène. Par exemple, elle présente une épaisseur inférieure ou égale à celle de la gaine d’écrantage de l’élément conducteur 15.The cable comprises an insulation screening sheath 30 encircling the insulation sheath and in contact with the latter. The insulation screening sheath is made of a semiconductor compound, comprising an ethylene copolymer matrix, in which are dispersed carbon black particles, also called acetylene black particles. For example, it has a thickness less than or equal to that of the shielding sheath of the conductive element 15.
L’organe conducteur, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur et la gaine d’isolation s’étendent selon la direction longitudinale.The conductive member, the shielding sheath of the conductive element and the insulation sheath extend in the longitudinal direction.
Le câble comporte en outre :
- une bande 35 constituée d’un polymère gonflant super-absorbant pour bloquer la pénétration de l’humidité environnante,
- une gaine de blindage métallique 40 ceinturant la bande 35 et destinée à être reliée à une masse électrique, et
- une gaine de protection extérieure 45 en polyéthylène pour protéger les organes qu’elle ceinture de l’humidité et de la corrosion.The cable also includes:
- a strip 35 made of a swelling super-absorbent polymer to block the penetration of surrounding humidity,
- a metal shielding sheath 40 encircling strip 35 and intended to be connected to an electrical ground, and
- An outer protective sheath 45 made of polyethylene to protect the organs that it surrounds against humidity and corrosion.
Dans l’exemple de la figure 1, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur comporte en outre le matériau à changement de phase.In the example of Figure 1, the shielding sheath of the conductive element further comprises the phase change material.
Le matériau à changement de phase peut être sous la forme de particules dispersées au sein de la matrice.The phase change material can be in the form of particles dispersed within the matrix.
Dans une variante, illustrée sur la figure 3, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur 15 est une structure multicouche, comportant une couche 52 comportant le matériau à changement de phase 50, prise en sandwich entre deux couches 55, 56 formées chacune du matériau composite, ou être en un matériau textile.In a variant, illustrated in FIG. 3, the shielding sheath of the conductive element 15 is a multilayer structure, comprising a layer 52 comprising the phase change material 50, sandwiched between two layers 55, 56 each formed composite material, or be made of a textile material.
L’épaisseur egede la gaine d’écrantage de l’élément conducteur, mesurée selon une direction radiale, normale à la direction longitudinale, est par exemple comprise entre 0,1 mm et 5 mm.The thickness e ge of the shielding sheath of the conductive element, measured along a radial direction, normal to the longitudinal direction, is for example between 0.1 mm and 5 mm.
La figure 4 illustre un autre exemple de réalisation du câble selon l’invention. Il diffère de l’exemple illustré sur les figures 1 à 3 en ce que le matériau à changement de phase est contenu dans le volume intérieur 60 défini par la gaine semi conductrice. Le matériau à changement de phase se présente par exemple sous la forme de particules au contact des fils formant le toron. Les particules sont notamment logées dans les interstices 65 définis entre les fils du toron.Figure 4 illustrates another embodiment of the cable according to the invention. It differs from the example illustrated in Figures 1 to 3 in that the phase change material is contained in the interior volume 60 defined by the semiconductor sheath. The phase change material is for example in the form of particles in contact with the wires forming the strand. The particles are in particular housed in the interstices 65 defined between the wires of the strand.
Dans un exemple d’un câble selon l’invention non illustré, la gaine d’écrantage de l’élément conducteur comporte, en volume, une portion du matériau à changement de phase, comme illustré sur les figures 1, 2 ou 3, et une autre portion du matériau à changement de phase est contenue dans le volume intérieur défini par la gaine d’écrantage de l’élément conducteur, comme illustré sur la figure 4.In an example of a cable according to the invention not illustrated, the shielding sheath of the conductive element comprises, by volume, a portion of the phase change material, as illustrated in FIGS. 1, 2 or 3, and another portion of the phase change material is contained in the interior volume defined by the shielding sheath of the conductive element, as illustrated in figure 4.
La figure 5 représente l’évolution, en fonction du temps t des températures T, exprimées en °C, de différents organes de deux exemples 1 et 2 de câbles selon l’invention, tels qu’illustrés sur la figure 1, et d’un câble de référence hors invention. Le câble de référence est identique à celui de la figure 1, mais est exempt de matériau à changement de phase. Il correspond à un câble de référence ARE4H5E, 30 kV commercialisé par la société NEXANS.FIG. 5 represents the evolution, as a function of time t, of temperatures T, expressed in °C, of various members of two examples 1 and 2 of cables according to the invention, as illustrated in FIG. 1, and of a reference cable outside the invention. The reference cable is identical to that of Figure 1, but is free of phase change material. It corresponds to a reference cable ARE4H5E, 30 kV marketed by NEXANS.
Le matériau à changement de phase présente une enthalpie libre de changement de phase de 200 J/g, ainsi qu’une température de changement de phase égale à 90°C.The phase change material has a free enthalpy of phase change of 200 J/g, as well as a phase change temperature equal to 90°C.
L’épaisseur de la gaine d’écrantage de l’élément conducteur des câbles des exemples 1 et 2 est respectivement de 1 mm et 2 mm.The thickness of the screening sheath of the conductive element of the cables of examples 1 and 2 is 1 mm and 2 mm respectively.
L’évolution de température indiquée sur le graphique a été calculée au moyen du logiciel de simulation thermique COMSOL® Multiphysics.The temperature evolution shown on the graph was calculated using COMSOL® Multiphysics thermal simulation software.
Les courbes 101, 102 et 103 représentent respectivement les évolutions de la température de l’organe conducteur, de la température de la gaine d’isolation et de la température de la gaine extérieure de protection du câble de l’exemple 1.Curves 101, 102 and 103 respectively represent changes in the temperature of the conductive component, the temperature of the insulation sheath and the temperature of the outer protective sheath of the cable of example 1.
Les courbes 105, 106 et 107 représentent respectivement les évolutions de la température de l’organe conducteur, de la température de la gaine d’isolation et de la température de la gaine extérieure de protection du câble de l’exemple 2.Curves 105, 106 and 107 respectively represent changes in the temperature of the conductive component, the temperature of the insulation sheath and the temperature of the outer protective sheath of the cable of example 2.
Les courbes 111, 112 et 113 représentent respectivement les évolutions de la température de l’organe conducteur, de la température de la gaine d’isolation et de la température de la gaine extérieure de protection du câble de référence, hors invention.The curves 111, 112 and 113 respectively represent the changes in the temperature of the conductive member, the temperature of the insulation sheath and the temperature of the outer protective sheath of the reference cable, outside the invention.
Préalablement à l’instant t0, les câbles conduisent un courant électrique selon un régime nominal permanent 120. Pour chaque câble, la température de chacun des organes qui la constitue est constante dans le temps. La température de l’organe conducteur est supérieure à la température de la gaine d’isolation qui est supérieure à la température de la gaine extérieure de protection.Prior to time t 0 , the cables conduct an electric current according to a permanent nominal regime 120. For each cable, the temperature of each of the members which constitute it is constant over time. The temperature of the conductive member is higher than the temperature of the insulation sheath which is higher than the temperature of the outer protective sheath.
A l’instant t0, un régime transitoire de surcharge 125 est appliqué, au cours duquel l’intensité du courant appliqué peut être augmentée de 75 % pour des durées de transitoire de l’ordre de 900 s par rapport au régime nominal permanent.At time t 0 , a transient overload regime 125 is applied, during which the intensity of the applied current can be increased by 75% for transient durations of the order of 900 s with respect to the nominal permanent regime.
Le régime transitoire est appliqué jusqu'à l'instant t1, soit pendant une période de 900 secondes. À compter de l'instant t1, un régime nominal permanent 130 est rétabli, et les températures des différents organes des câbles retournent vers leur valeur d'équilibre du régime nominal permanent 120.The transient regime is applied until time t 1 , ie for a period of 900 seconds. From time t 1 , a permanent nominal regime 130 is restored, and the temperatures of the various components of the cables return to their equilibrium value of the nominal permanent regime 120.
Comme cela est observé sur la figure 5, l'élévation de température de la gaine d'isolation est plus faible en présence d'une gaine d'écrantage de l’élément conducteur comportant le matériau à changement de phase, notamment d'épaisseur égale à 2 mm. En particulier, l'élévation de température de la gaine d'isolation est au maximum réduite de ΔT2≈14,1 °C pour l’exemple 2 et de ΔT1≈6,7 °C pour l’exemple 1.As observed in Figure 5, the temperature rise of the insulation sheath is lower in the presence of a shielding sheath of the conductive element comprising the phase change material, in particular of equal thickness at 2mm. In particular, the temperature rise of the insulation sheath is at most reduced by ΔT 2 ≈14.1°C for example 2 and by ΔT 1 ≈6.7°C for example 1.
Les câbles des exemples 1 et 2 réduisent donc le risque d'endommagement du câble.The cables of examples 1 and 2 therefore reduce the risk of damage to the cable.
En outre, en régime de surcharge, ils peuvent conduire un courant d'intensité supérieur à celui que le câble de référence peut conduire avant d'être endommagé, pour une durée de régime transitoire de surcharge identique.In addition, in overload conditions, they can conduct a current of greater intensity than that which the reference cable can carry before being damaged, for an identical duration of the transient overload condition.
Alternativement, pour un régime transitoire de surcharge consistant à faire conduire un même courant par les câbles des exemples 1 et 2 et par le câble de référence, les câbles des exemples 1 et 2 peuvent être soumis à un régime transitoire de plus longue durée que le câble de référence, avant que la température de la gaine d'isolation n'atteigne la valeur maximale admissible.Alternatively, for a transient overload regime consisting of conducting the same current through the cables of examples 1 and 2 and through the reference cable, the cables of examples 1 and 2 can be subjected to a transient regime of longer duration than the reference cable, before the temperature of the insulation sheath reaches the maximum admissible value.
Le tableau 1 présente, pour des durées de régime transitoire de surcharge de 900, 3600 et 7200 secondes, la puissance et le courant maximal pouvant être conduits par le câble de référence, et par les exemples 1 et 2 pour que la température de la gaine d'isolation atteigne la valeur maximale admissible de 105 °C, lorsque la gaine d'isolation est constituée de polyéthylène réticulé.Table 1 shows, for durations of transient overload conditions of 900, 3600 and 7200 seconds, the maximum power and current that can be carried by the reference cable, and by examples 1 and 2 so that the temperature of the sheath insulation temperature reaches the maximum admissible value of 105°C, when the insulation sheath is made of cross-linked polyethylene.
Comme cela est observé dans le tableau 1, les câbles des exemples 1 et 2 peuvent conduire un courant maximal de surcharge plus élevé que le câble hors invention. Notamment, par rapport au câble de référence, le courant peut être plus de 10 % plus élevé pour l’exemple 2 et pour une durée du régime transitoire de surcharge de 7200 secondes. Il peut être de 26 % supérieur, pour une durée du régime transitoire de surcharge de 900 secondes.
La figure 6 représente, en fonction de la durée d'un régime transitoire de surcharge, l'augmentation relative A, exprimée en pourcents, du courant maximal pouvant être appliqué un câble selon invention par rapport un câble de référence hors invention, pour différentes dispositions du matériau à changement de phase au sein du câble.FIG. 6 represents, as a function of the duration of a transient overload regime, the relative increase A, expressed in percentages, of the maximum current that can be applied to a cable according to the invention compared with a reference cable outside the invention, for different arrangements phase change material within the cable.
Les courbes Ci, avec i=1,2,4,5,6 et 7 correspondent aux exemples i=1,2,4,5,6 et 7 décrits dans le tableau 2.The curves C i , with i=1,2,4,5,6 and 7 correspond to the examples i=1,2,4,5,6 and 7 described in table 2.
Le tableau 2 présente, pour les différents exemples de câbles selon l'invention, la masse linéaire de matériaux à changement de phase contenue dans le câble, le diamètre de l'organe conducteur, et le diamètre du câble.
conducteur (mm)
(mm)
conductor (mm)
(mm)
Pour les exemples 1 à 3, le matériau à changement de phase est contenu dans la gaine d'écrantage de l’élément conducteur, qui présente respectivement une épaisseur de 1 mm, 2 mm et 3 mm.For examples 1 to 3, the phase change material is contained in the shielding sheath of the conductive element, which has a thickness of 1 mm, 2 mm and 3 mm respectively.
Pour les exemples 4 et 5, le matériau à changement de phase est disposé entre les fils du toron de l’organe conducteur. L'espacement entre les fils pour les exemples 4 et 5 respectivement égale 0,2 mm et 0,4 mm. L’espacement entre les fils est déterminé par les conditions de fabrication du toron.For examples 4 and 5, the phase change material is placed between the wires of the strand of the conductive member. The spacing between the wires for examples 4 and 5 respectively equal 0.2 mm and 0.4 mm. The spacing between the wires is determined by the manufacturing conditions of the strand.
Pour les exemples 6 et 7, une portion du matériau à changement de phase est contenue dans la gaine d'écrantage de l’élément conducteur qui présente une épaisseur de 1 mm, et une autre portion du matériau à changement de phase est disposée entre les fils constituant le toron de l'organe conducteur, selon la même disposition que dans les exemples 4 et 5.For examples 6 and 7, a portion of the phase change material is contained in the shielding sheath of the conductive element which has a thickness of 1 mm, and another portion of the phase change material is placed between the son constituting the strand of the conductive member, according to the same arrangement as in Examples 4 and 5.
Le tableau 3 présente les valeurs d'augmentation de courant maximal, représentées dans la figure 5, pour des durées de régime transitoire de surcharge égale respectivement à 900 secondes et 12600 secondes.
La durée du régime transitoire de surcharge n’est pas limitative. Elle est par exemple comprise entre 100 s et 18000 s.The duration of the transient overload regime is not limiting. It is for example between 100 s and 18000 s.
Comme cela apparaît clairement à la lecture de la présente description, le câble selon l'invention peut être soumis à des conditions de fonctionnement en régime transitoire de surcharge particulièrement contraignantes.As clearly appears on reading the present description, the cable according to the invention can be subjected to operating conditions in a particularly constraining transient overload regime.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, et aux exemples présentés à titre illustratives.Obviously, the invention is not limited to the embodiments described, and to the examples presented by way of illustration.
Claims (20)
a1) revêtir au moins partiellement plusieurs fils métalliques avec un matériau à changement de phase, et
b1) assembler, notamment toronner, les fils revêtus de façon à former un organe conducteur.Process for manufacturing a cable according to any one of Claims 1 to 16, the process comprising the following successive steps consisting in
a 1 ) at least partially coating several metal wires with a phase change material, and
b 1 ) assembling, in particular stranding, the coated wires so as to form a conductive member.
- une étape de préparation d’un mélange comportant le matériau à changement de phase, un polymère diélectrique, de préférence choisi parmi le polyéthylène, le polypropylène et leurs mélanges, et un peroxyde pour réticuler le polymère diélectrique,
- une étape de revêtement de l’âme avec le mélange de manière à former la gaine d’isolation, puis
- une étape de durcissement du polymère diélectrique par réticulation.
A method of manufacturing a cable according to any one of claims 1 to 16, the method comprising in succession:
- a step of preparing a mixture comprising the phase change material, a dielectric polymer, preferably chosen from polyethylene, polypropylene and mixtures thereof, and a peroxide to crosslink the dielectric polymer,
- a step of coating the core with the mixture so as to form the insulation sheath, then
- a step of curing the dielectric polymer by crosslinking.
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