CH669277A5

CH669277A5 - High tension electric cable with extruded insulating layers - consists of synthetic materials of different dielectric properties sandwiched between 2 semiconducting layers

Info

Publication number: CH669277A5
Application number: CH409986A
Authority: CH
Inventors: Max Schmid; Jean-Pierre Duvoisin; Jean-Pierre Wildi; Edgardo Contalbrigo
Original assignee: Cossonay Cableries Trefileries
Priority date: 1986-10-14
Filing date: 1986-10-14
Publication date: 1989-02-28

Abstract

A high tension electrical cable has a central conductor, a semiconducting layer surrounding the conductor, two coaxial insulating layers of synthetic materials with different dielectric properties extruded around the semiconducting layer, and a second semiconducting layer surrounding the insulating layer. The inner insulating layer may be of ethylene-propylene copolymer, and the other insulating layer may be of reticulated polyethylene. ADVANTAGE - The insulation is thin and the cable is easy to make.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION

La présente invention concerne un câble de transport d'énergie électrique, notamment un câble du type à haute tension, comportant un conducteur central, une première couche semi-conductrice disposée sur le conducteur central, une isolation en matière synthétique extrudée disposée autour de la première couche semi-conductrice et une seconde couche semi-conductrice ménagée à la périphérie de l'isolation synthétique. The present invention relates to a cable for transporting electrical energy, in particular a cable of the high voltage type, comprising a central conductor, a first semiconductor layer disposed on the central conductor, an insulation in extruded synthetic material disposed around the first. semiconductor layer and a second semiconductor layer provided at the periphery of the synthetic insulation.

Dans les câbles à isolation en papier, la matière isolante était composée de plusieurs couches superposées de papier choisi de manière appropriée pour obtenir une répartition optimale des contraintes diélectriques en fonction des papiers utilisés. La superposition des couches permettait une certaine linéarisation du champ électrique. In paper-insulated cables, the insulating material was composed of several superimposed layers of paper chosen appropriately to obtain an optimal distribution of the dielectric stresses according to the papers used. The superposition of the layers allowed a certain linearization of the electric field.

Lorsque l'isolation en papier a été abandonnée au profit de l'isolation en matière synthétique, cette façon d'influencer la répartition du champ n'a plus été recherchée. En raison notamment de la facilité avec laquelle une couche isolante peut être mise en place par le procédé d'extrusion de matière synthétique devenu classique, les fabricants ont plutôt eu tendance à augmenter l'épaisseur d'isolation du câble pour atteindre les caractéristiques électriques souhaitées. When the paper insulation was abandoned in favor of the plastic insulation, this way of influencing the distribution of the field was no longer sought. Due in particular to the ease with which an insulating layer can be put in place by the process of extrusion of synthetic material which has become conventional, manufacturers have rather tended to increase the insulation thickness of the cable to achieve the desired electrical characteristics. .

Cette manière de procéder engendre toutefois des inconvénients. However, this way of proceeding has drawbacks.

Une augmentation du diamètre du câble et par conséquent de son volume n'entraîne pas seulement une dépense supplémentaire pour la matière synthétique consommée, mais également un poids supplémentaire, donc des frais de transport supplémentaires, et nécessite des installations de fabrication plus robustes et plus encombrantes. An increase in the diameter of the cable and therefore in its volume does not only entail an additional expense for the synthetic material consumed, but also an additional weight, therefore additional transport costs, and requires more robust and bulky manufacturing facilities. .

Les installations de fabrication de câbles à isolant en polyéthylène réticulé ont des dimensions impressionnantes et il devient toujours plus difficile d'envisager d'agrandir ces installations pour traiter des câbles de diamètre plus important. En outre, pour certains types de machines dits en chaînette , plus l'épaisseur de la couche isolante est grande, plus la tendance à une ovalisation du câble est marquée au cours de la phase de réticulation de ce câble. En effet, la matière synthétique a tendance à couler à la sortie de l'extrudeuse et, pour éviter ce phénomène, on est obligé de restreindre le choix à des matières synthétiques très visqueuses, voire de faire tourner le câble sur lui-même pendant la réticulation afin d'éviter des coulures et minimiser les déformations. On comprendra aisément que plus la couche est épaisse, plus la tendance à l'ovalisation est marquée. The installations for manufacturing cables with crosslinked polyethylene insulation have impressive dimensions and it is always becoming more difficult to envisage enlarging these installations to treat cables of larger diameter. In addition, for certain types of so-called chain machines, the greater the thickness of the insulating layer, the greater the tendency for the cable to be ovalized during the crosslinking phase of this cable. Indeed, the synthetic material tends to flow at the exit of the extruder and, to avoid this phenomenon, we are obliged to restrict the choice to very viscous synthetic materials, or even to rotate the cable on itself during the crosslinking to avoid sagging and minimize deformation. It will be readily understood that the thicker the layer, the more marked the tendency to ovalization.

La présente invention a pour but à la fois de permettre d'améliorer la répartition du champ électrique dans l'isolant d'un câble de transport d'énergie électrique, notamment d'un câble du type à haute tension, et d'améliorer les performances de fabrication des machines dites en chaînette , tout en diminuant l'épaisseur des couches d'isolation. The present invention aims both to improve the distribution of the electric field in the insulation of a cable for transporting electrical energy, in particular a cable of the high voltage type, and to improve the manufacturing performance of so-called chain machines, while reducing the thickness of the insulation layers.

Ce but est atteint par le câble selon l'invention, caractérisé en ce que l'isolation en matière isolante est composée d'au moins deux couches coaxiales de matériaux différents par leurs caractéristiques diélectriques. This object is achieved by the cable according to the invention, characterized in that the insulation in insulating material is composed of at least two coaxial layers of materials different in their dielectric characteristics.

La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé dans lequel: la fig. 1 représente une vue schématique en coupe d'un premier câble de transport d'énergie électrique selon l'invention, la fig. 2 représente une vue schématique en coupe transversale illustrant un autre mode de réalisation du câble selon l'invention, et la fig. 3 représente un graphique illustrant la répartition du champ électrique dans un câble standard et dans un câble selon l'invention. The present invention will be better understood with reference to the description of an exemplary embodiment and the appended drawing in which: fig. 1 represents a schematic sectional view of a first electrical energy transport cable according to the invention, fig. 2 represents a diagrammatic view in cross section illustrating another embodiment of the cable according to the invention, and fig. 3 shows a graph illustrating the distribution of the electric field in a standard cable and in a cable according to the invention.

En référence à la fig. 1, le câble illustré se compose essentiellement d'un conducteur central 10 entouré d'une première couche d'un matériau semi-conducteur 11, successivement entouré de deux couches coaxiales 12 et 13 de matière synthétique isolante et d'une seconde couche semiconductrice extérieure 14. Les deux couches de matière synthétique isolante 12 et 13 ont respectivement des constantes diélectriques e1 et 2 différentes. Cette différence permet, comme cela sera expliqué plus en détail en référence à la fig. 3, de modifier la distribution du champ électrique de manière que la partie intérieure soit moins sollicitée, au détriment de la partie extérieure, de manière à diminuer la contrainte diélectrique de cet isolant.Dans le cas où le câble est utilisé pour le transport d'énergie sous la forme de courant alternatif, la constante diélectrique e1 de la couche intérieure 12 est supérieure à la constante diélectrique 2 de la couche extérieure 13. Dans le cas où le câble représenté est utilisé pour transporter de l'énergie sous forme de courant continu, c'est la conductivité électrique y1 de la couche isolante intérieure 12 qui sera supérieure à la conductivité électrique 72 de la couche électrique extérieure 13. With reference to fig. 1, the cable illustrated essentially consists of a central conductor 10 surrounded by a first layer of semiconductor material 11, successively surrounded by two coaxial layers 12 and 13 of insulating synthetic material and by a second outer semiconductor layer 14. The two layers of insulating synthetic material 12 and 13 have respectively different dielectric constants e1 and 2. This difference allows, as will be explained in more detail with reference to FIG. 3, to modify the distribution of the electric field so that the internal part is less stressed, to the detriment of the external part, so as to reduce the dielectric stress of this insulator. In the case where the cable is used for the transport of energy in the form of alternating current, the dielectric constant e1 of the inner layer 12 is greater than the dielectric constant 2 of the outer layer 13. In the case where the cable shown is used to transport energy in the form of direct current , it is the electrical conductivity y1 of the inner insulating layer 12 which will be greater than the electrical conductivity 72 of the outer electrical layer 13.

La fig. 2 représente une autre forme de réalisation d'un câble qui constitue une variante du câble décrit précédemment. Ce câble comporte également un conducteur central 10 entouré d'une première couche semi-conductrice 1 1 et d'une seconde couche semi-conductrice 14, entre lesquelles sont disposées successivement n couches de matière synthétique isolante 12a, 12b ... 12n ayant respectivement comme constante diélectrique Ea, ex ... E,. Lorsque le câble est utilisé pour transporter un courant alternatif, les constantes diélectriques ea, Eb ..... n ont des valeurs décroissantes et, lorsque le câble repré- senté est utilisé pour transporter de l'énergie sous forme de courant continu, les conductivités électriques 'YaS 'Yb 'Yn ont des valeurs décroissantes du centre du câble vers sa périphérie. Fig. 2 shows another embodiment of a cable which constitutes a variant of the cable described above. This cable also comprises a central conductor 10 surrounded by a first semiconductor layer 11 and a second semiconductor layer 14, between which are successively arranged n layers of insulating synthetic material 12a, 12b ... 12n having respectively as dielectric constant Ea, ex ... E ,. When the cable is used to transport alternating current, the dielectric constants ea, Eb ..... n have decreasing values and, when the cable represented is used to transport energy in the form of direct current, the electrical conductivities' YaS 'Yb' Yn have decreasing values from the center of the cable to its periphery.

Selon un exemple de réalisation particulier, un câble tel qu'illustré par la fig. 1 du type 150 kV, comportant un conducteur central de 300 mm2 de section, comprend une couche de matière isolante intérieure constituée par un élastomère synthétique à base d'éthyléne-propyléne, couramment appelé EPR, et une couche de matière isolante extérieure constituée par du polyéthylène réticulé couramment appelé XLPE. La couche isolante intérieure a une constante diélectrique 1 sensiblement égale à 2,7 et la couche isolante extérieure a une constante diélectrique et sensiblement égale à 2,3. La courbe A représente la distribution du champ électrique à travers l'isolant d'un câble électrique standard ne comportant qu'une seule couche de matériau isolant.La courbe B représente la distribution du champ électrique à travers les deux couches d'isolant du câble décrit précédemment. On admet que les deux isolants peuvent être soumis aux mêmes sollicitations électriques maximales. Le champ électrique porté en ordonnée est représenté en kV/mm et les diamètres de câble sont représentés en abscisse en mm. Dans des conditions de contrainte maximale identique, le diamètre extérieur de l'isolant du câble standard est de 59,7 mm, alors que le diamètre ex térieur de l'isolant du câble à deux couches de constantes diélectriques différentes est de 53,4 mm. Le diamètre extérieur de la couche d'isolation intérieure est égal au produit du diamètre du conducteur multiplié par le rapport el/E2. Dans l'exemple représenté, le diamètre est égal à 27,8 mm. According to a particular embodiment, a cable as illustrated in FIG. 1 of the 150 kV type, comprising a central conductor with a cross section of 300 mm 2, comprises a layer of internal insulating material constituted by a synthetic elastomer based on ethylene-propylene, commonly called EPR, and a layer of external insulating material constituted by crosslinked polyethylene commonly called XLPE. The inner insulating layer has a dielectric constant 1 substantially equal to 2.7 and the outer insulating layer has a dielectric constant and substantially equal to 2.3. Curve A represents the distribution of the electric field through the insulation of a standard electric cable with only one layer of insulating material. Curve B represents the distribution of the electric field through the two layers of insulation of the cable described previously. It is recognized that the two insulators can be subjected to the same maximum electrical stresses. The electric field plotted on the ordinate is represented in kV / mm and the cable diameters are represented on the abscissa in mm. Under conditions of identical maximum stress, the outside diameter of the standard cable insulation is 59.7 mm, while the outside diameter of the cable insulation with two layers of different dielectric constants is 53.4 mm . The outside diameter of the inside insulation layer is equal to the product of the diameter of the conductor multiplied by the ratio el / E2. In the example shown, the diameter is equal to 27.8 mm.

Pour des champs électriques maximaux admissibles identiques dans les deux cas, le câble à deux couches représente donc une économie de matière isolante de l'ordre de 23%. For identical maximum admissible electric fields in both cases, the two-layer cable therefore represents an economy of insulating material of the order of 23%.

Comme mentionné précédemment, on a admis que les matériaux isolants utilisés pour réaliser les deux couches de constante diélectrique différente peuvent être chargés électriquement de la même manière. Si cette condition n'est pas réalisée, il est nécessaire de tenir compte du champ électrique maximal admissible pour chacune des matières d'isolation employées. As mentioned previously, it has been recognized that the insulating materials used to make the two layers of different dielectric constant can be electrically charged in the same way. If this condition is not fulfilled, it is necessary to take into account the maximum admissible electric field for each of the insulation materials used.

Claims

1. Cable for transporting electrical energy, in particular a cable of the high-voltage type, comprising a central conductor, a first semiconductor layer disposed on the central conductor, an insulation in extruded synthetic material disposed around the first semiconductor layer and a second semiconductor layer arranged at the periphery of the synthetic insulation, characterized in that the synthetic insulation is composed of at least two coaxial layers of materials different in their dielectric characteristics.

2. Cable according to claim 1, in which the electrical energy transported is an alternating current, characterized in that the outer insulating synthetic material layer has a relative dielectric constant 2 lower than the relative dielectric constant Ì of the synthetic material layer insulating interior.

3. Cable according to claim 1, in which the electrical energy transported is a direct current, characterized in that the inner insulating synthetic layer has an electrical conductivity greater than the electrical conductivity 72 of the outer insulating synthetic layer. .

4. Cable according to claim 1, in which the electrical energy transported is an alternating current, characterized in that the insulating synthetic material is composed of several coaxial layers and in that the dielectric constants of these different layers are increasing in the direction inverse of the rays of these layers.

5. Cable according to claim 1, wherein the electrical energy transported is a direct current, characterized in that the insulating synthetic material is composed of several coaxial layers and in that the electrical conductivities of these different layers are increasing in the direction inverse of the rays of these layers.