EP0378675B1 - Cable electroporteur - Google Patents

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EP0378675B1
EP0378675B1 EP89908836A EP89908836A EP0378675B1 EP 0378675 B1 EP0378675 B1 EP 0378675B1 EP 89908836 A EP89908836 A EP 89908836A EP 89908836 A EP89908836 A EP 89908836A EP 0378675 B1 EP0378675 B1 EP 0378675B1
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EP
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cable
conductors
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central core
core
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EP89908836A
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Jean-Claude Cousin
Yves Delvael
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Cousin Freres SA
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Cousin Freres SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/18—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
    • H01B7/182—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring comprising synthetic filaments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/0009—Details relating to the conductive cores

Definitions

  • the subject of the present invention is an electro-carrier cable, that is to say a conductor of electricity, in particular weak currents such as those which are intended to carry telecommunications, or more generally data, as well as to the supply of measuring or information processing equipment.
  • Such a power carrier cable has a significant weight capable of causing it to break under its own weight. This resistance / weight relationship is called the cable breakage in kilometers.
  • This cable weighs, in air, 680 grams / meter, and has a breaking strength of 9500 DaN; this cable suspended in the air will break under its own weight after:
  • US-A-4 034 138 discloses an electromechanical cable with low density and high resistance including multifilament fibers of aromatic polyamides covered with a protective coating of polyurethane intended to prevent the self-abrasion of aramid fibers.
  • the conductive wires extend parallel to the carrier fibers and have an elongation less than that of the reinforcing elements.
  • EP-A- 0 054 784 relates to a telephone cable in which the carrying elements consist of aramid fibers in the form of a central core and strands wired with the conductors.
  • DE- A-3 241 425 relates to a conductive cable whose central conductive elements are surrounded by an aramid reinforcement braid which constitutes the carrier element.
  • An object of the present invention is an electrically conductive cable which is light, and the conductive part of which can only break when a mechanical rupture of the carrying elements of the cable has already occurred.
  • the cable reinforcing elements break before the conductor (s). These, in the event of a cable break, are only requested as late as possible, and after the carrier element has itself failed.
  • the electrically-carrying cable comprising electrically conductive elements and insulating elements of aramid mechanical reinforcement included in an extruded sheath
  • the conductive elements are integrated in an elastic central core, surrounded by a reinforcement of aramid fibers and a sheath
  • the elastic central core comprising an insulating central core on which are insulated insulating core cores, the conductors being wrapped on a carrier core stranded with the inserts so that the length of the conductors is greater than the length souls, itself greater than the length of the reinforcement.
  • the elastic core consists of a central core composite of twisted fibers. Around this core are arranged, as tightly as possible, in a helix, two or more conductors forming a homogeneous strand.
  • the elementary electrical wires are wrapped on a core, generally made of high modulus aramid, with contiguous turns and with tight pitch.
  • a core generally made of high modulus aramid
  • the strands are not stressed in tension, they can be made of a material without particular physical properties.
  • the sheathing of the electrical conductors will preferably be made of insulating resin with a low coefficient of adhesion such as fluorinated products.
  • the direction of twist of the electrical conductors and / or the spacers are opposite to the direction of stranding of the core, in order to obtain an anti-gyratory effect.
  • the high-modulus fiber reinforcement, or carrier element can be made up according to different formulas such as braiding or cable technique.
  • the braid is preferably constituted for example by aromatic polyamide fibers, which have the advantage of having a very low elongation, and of being as resistant as steel wires for a weight fifteen times less. in water These fibers can be coated with a protection.
  • the braid must be made, imperatively, with a long pitch, with a braiding angle equal to or less than 15 °, to limit its elasticity as much as possible.
  • such fibers have the advantage, especially for application to oceanography, of being electrically insulating, which avoids the problems of parasitic conduction, the chemical inertness of the material eliminating the problems of corrosion.
  • a thin film for example made of polyurethane, which ensures cohesion of the assembly, and prevents the core from sliding relative to the support element. , when working the cable.
  • the protective sheath is generally extruded in an elastomeric material preferably, such as polyurethane for example.
  • the sheath does not play any role in tensile strength, but it aims to protect the load-bearing element and the elastic core against abrasion, and more generally, against environmental aggressions.
  • a central core 1 which, as indicated above, consists of twisted aramid fibers and secured by polyurethane.
  • conductors 2 and / or spacers 2a which, in the example shown, are six in number. These are twisted in a tight pitch and, for example in a pitch of 32 mm for a diameter of 4.7 mm from the elastic core.
  • the spacers are advantageously constituted by aramid fibers integrated in a polyurethane matrix.
  • the electrical conductors constituted by a core 8 on which is wrapped one, but preferably several metal wires 7 coated with a thin layer of Teflon 5 (Fig. 3) or other fluorinated product intended to allow relative sliding of the conductors 2.7 and spacers 2a relative to each other during work.
  • the directions of twist of the electrical conductors and / or the spacers are opposite in order to obtain an anti-gyratory effect.
  • the elementary electrical wires advantageously made of copper or a copper alloy, are wrapped in contiguous turns and with tight pitch on a carrier core 8, generally made of high modulus aramid.
  • the fluorinated sheath 5 ensures good sliding of the conductors and spacers with respect to each other.
  • Braid 3 is a "flock" braid, made up of aramid filaments. It is imperatively carried out with a long pitch (braiding angle less than 15 °). It ensures the tensile strength of the cable.
  • aromatic fibers have a very low elongation at break (from 2 to 4%), so that they resist the forces applied at the ends of the cable before the voltage is transmitted to the elementary electrical wires.
  • the sheath 4 made of polyurethane, does not play any role in the tensile strength, but it aims to protect the braid against abrasion and, more generally, against environmental aggressions.
  • the cable thus obtained has a weight of 140 grams / meter. It has a breaking strength of 7,800 decanewtons and its 100 cm breaking in air is 56.

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  • Insulated Conductors (AREA)
  • Ropes Or Cables (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
  • Laying Of Electric Cables Or Lines Outside (AREA)
  • Cable Accessories (AREA)

Description

  • La présente invention a pour objet un câble électroporteur, c'est-à-dire conducteur de l'électricité, en particulier des courants faibles tels que ceux qui sont destinés à acheminer les télécommunications, ou plus généralement des données, ainsi qu'à l'alimentation d'appareils de mesure ou de traitement de l'information.
  • Dans les conditions actuelles, le ou les conducteurs électriques, généralement disposés en parallèle, nécessitent d'être renforcés par des éléments de renforcement ou d'armature, généralement en acier. Ces éléments de renfort assurent l'effort mécanique, et représentent un pourcentage considérable du poids et du volume de l'électroporteur. Un tel câble électroporteur présente un poids important susceptible d'entraîner sa rupture sous son propre poids. Cette relation résistance/poids s'appelle la rupture kilométrique du câble.
  • Ainsi, par exemple un câble électroporteur comportant des conducteurs de 7 x 0,56 mm2 nécessite une armure comportant une première couche de 20 fils d'acier galvanisé de 1,4 mm de ⌀, et une deuxième couche toronnée dans le sens opposé de 35 fils de 1,1 mm de ⌀ (acier = 1800 N/mm2). Ce câble pèse, dans l'air, 680 grammes/mètre, et a une résistance rupture de 9500 DaN ; ce câble suspendu dans l'air se rompra sous son propre poids au bout de :
    Figure imgb0001
  • Dans ce type de câbles, la rupture des conducteurs de cuivre à très faible allongement intervient inévitablement avant que l'on ait atteint la résistance rupture totale du câble. Cette rupture des conducteurs intervient généralement avant 50 % de la résistance des renforts, et signifie ainsi que le câble électroporteur ne remplit plus sa fonction électrique.
  • Par ailleurs, il a été constaté que, en hydrolyse par exemple, les mesures scientifiques à la précision du PPM se trouvaient faussées par la présence de micro-particules de zinc de l'acier galvanisé ou de graisse se détachant de l'élément porteur en acier galvanisé. Le problème des câbles conducteurs réside en ce que le câble risque de se rompre sous son propre poids lorsqu'il est en suspension dans un fluide tel que de l'air ou de l'eau, même en dehors de toute autre sollicitation. Lorsque des efforts de rupture sont appliqués sur le câble, le circuit électrique a tendance à se rompre avant la rupture des éléments de renforcement, ce qui conduit à changer tout le câble.
  • On connaît par US-A-4 034 138 un câble électromécanique à faible densité et haute résistance incluant des fibres multifilaments de polyamides aromatiques recouvertes d'un revêtement protecteur de polyuréthane destiné à éviter l'autoabrasion des fibres aramides. Mais les fils conducteurs s'étendent parallèlement aux fibres porteuses et ont un allongement inférieur à celui des éléments de renforcement.
  • EP-A- 0 054 784 concerne un câble téléphonique dans lequel les éléments porteurs sont constitués par des fibres aramides sous la forme d'un noyau central et de torons câblés avec les conducteurs. DE- A-3 241 425 est relatif à un câble conducteur dont les éléments conducteurs centraux sont entourés par une tresse de renforcement en aramide qui constitue l'élément porteur.
  • Un objet de la présente invention est un câble électroporteur qui soit léger, et dont la partie conductrice ne puisse se rompre que lorsque une rupture mécanique des éléments porteurs du câble est déjà intervenue. Conformément à l'invention, et contrairement à ce que l'on pouvait observer avec les câbles traditionnels, les éléments de renforcement du câble se rompent avant le ou les conducteurs. Ceux-ci,en cas de rupture du câble, ne sont sollicités que le plus tard possible, et après que l'élément porteur ait lui-même cédé.
  • Selon l'invention, le câble électroporteur comprenant des éléments conducteurs de l'électricité et des éléments isolants de renfort mécanique en aramide inclus dans une gaine extrudée est caractérisé en ce que les éléments conducteurs sont intégrés dans un noyau central élastique, entouré par un renfort de fibres aramides et une gaine, le noyau central élastique comprenant une âme centrale isolante sur laquelle sont toronnées des âmes intercalaires isolantes, les conducteurs étant guipés sur une âme porteuse toronnée avec les intercalaires de sorte que, la longueur des conducteurs soit supérieure à la longueur des âmes, elle-même supérieure à la longueur du renfort.
  • Le noyau élastique est constitué d'une âme centrale composite de fibres retordues. Autour de cette âme sont disposés, à pas le plus serré possible, en hélice, deux ou plusieurs conducteurs formant un toron homogène. On aura par exemple une construction de noyau élastique (1 + 6) dans laquelle : le "1" est l'âme centrale, et les "6" sont constitués par exemple de deux conducteurs électriques diamétralement opposés, et de quatre intercalaires en composite aramide polyuréthane par exemple de même diamètre.
  • On pourrait aussi avoir une construction de noyau élastique (1 + 12) dans laquelle : le "1" est l'âme centrale et les "12" sont constitués par exemple de six conducteurs, et de six intercalaires de même diamètre, ou de douze conducteurs.
  • Les fils électriques élémentaires, avantageusement en cuivre ou en alliage de cuivre, sont guipés sur une âme, généralement en aramide haut module, à spires jointives et à pas serré. Toutefois, étant donné qu'au cours d'une exploitation normale, les torons ne sont pas sollicités en traction, ils peuvent être constitués en un matériau sans propriétés physiques particulières. Pour faciliter le glissement des conducteurs électriques dans le noyau élastique, plus particulièrement aux passages sur poulies, le gainage des conducteurs électriques sera de préférence en résine isolante à faible coefficient d'adhérence telle que les produits fluorés.
  • Avantageusement, le sens de torsion des conducteurs électriques et/ou des intercalaires, sont opposés au sens de toronnage du noyau, pour obtenir un effet anti-giratoire.
  • Lorsque l'on sollicite en traction un tel noyau, il est constaté un allongement de celui-ci sans sollicitation ni déformation des fils élémentaires. Ceci est dû à la combinaison du spiralage des fils élémentaires dans le conducteur, et au toronnage des conducteurs dans le noyau. Cette technique procure un commettage important. Mais cette sollicitation ne se produit que dans des cas exceptionnels, puisqu'elle supposerait que les éléments de renfort soient allongés ou rompus.
  • Le renfort en fibres à haut module, ou élément porteur, peut être constitué suivant différentes formules telles que le tressage ou la technique de câblerie. Dans le cas du tressage, la tresse est de préférence constituée par exemple par des fibres polyamides aromatiques, qui ont l'avantage de présenter un très faible allongement, et d'être aussi résistantes que des fils d'acier pour un poids quinze fois moindre dans l'eau Ces fibres peuvent être revêtues d'une protection. La tresse sera réalisée, impérativement, à pas long, avec un angle de tressage égal ou inférieur à 15°, pour limiter au maximum son élasticité.
  • Par ailleurs, de telles fibres présentent l'avantage, notamment pour l'application à l'océanographie, d'être électriquement isolantes, ce qui évite les problèmes de conduction parasite, l'inertie chimique de la matière supprimant les problèmes de corrosion.
  • Dans certains cas, il sera appliqué entre le noyau élastique et l'élément porteur, un film de faible épaisseur, par exemple en polyuréthane, qui assure une cohésion de l'ensemble, et évite le glissement du noyau par rapport à l'élément porteur, lors du travail du câble.
  • La gaine protectrice est généralement extrudée dans une matière élastomérique de préférence, telle que le polyuréthane par exemple. La gaine n'assure aucun rôle dans la résistance à la traction, mais elle a pour but de protéger l'élément porteur et le noyau élastique contre l'abrasion, et plus gênéralement, contre les agressions de l'environnement.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suiver d'une mode particulier de réalisation, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, en regard des figures qui repésentent :
    • la Fig.1, une vue en perspective d'un câble selon l'invention ;
    • la Fig.2, une vue en coupe transversale du même câble ;
    • la Fig.3, une vue d'un des conducteurs électriques.
  • On distingue, sur la Fig.1, une âme centrale 1 qui, comme indiqué précédemment, est constituée de fibres aramides retordues et solidarisées par du polyuréthane. Autour de l'âme 1, sont disposés des conducteurs 2 et/ou des intercalaires 2a qui, dans l'exemple représenté, sont au nombre de six. Ceux-ci sont retordus à pas serré et, par exemple selon un pas de 32 mm pour un diamètre de 4,7 mm du noyau élastique. Comme l'âme 1, les intercalaires sont avantageusement constitués par des fibres aramides intégrées dans une matrice de polyurêthane. Les conducteurs électriques constitués par une âme 8 sur laquelle est guipé un, mais de préférence plusieurs fils métalliques 7 revêtus d'une couche mince de téflon 5 (Fig.3) ou autre produit fluoré destiné à permettre un glissement relatif des conducteurs 2,7 et des intercalaires 2a les uns par rapport aux autres lors du travail.
  • Avantageusement, les sens de torsion des conducteurs électriques et/ou des intercalaires sont opposés pour obtenir un effet anti-giratoire.
  • Comme cela apparaît sur la Fig.3, les fils électriques élémentaires, avantageusement en cuivre ou en alliage de cuivre, sont guipés à spires jointives et à pas serré sur une àme porteuse 8, généralement en aramide haut module.
  • Outre son rôle d'isolant, la gaine fluorée 5 assure un bon glissement des conducteurs et intercalaires les uns par rapport aux autres. La tresse 3 est une tresse "floche", constituée de filaments d'aramides. Elle est réalisée, impérativement, à pas long (angle de tressage inférieur à 15°). Elle assure la résistance en traction du câble.
  • On sait que les fibres aromatiques ont un allongement de rupture très faible (de 2 à 4%), de sorte qu'elles résistent aux efforts appliqués aux extrêmités du câble avant que la tension ne soit transmise aux fils électriques élémentaires.
  • La gaine 4, en polyuréthane, n'assure aucun rôle dans la résistance à la traction, mais elle a pour but de protéger la tresse contre l'abrasion et, plus généralement, contre les agressions de l'environnement.
    • EXEMPLE
  • Un câble selon l'invention peut comprendre :
    • une âme centrale composite de fibres de Kevlar 49, de 1,44 de densité, intégrées dans une matrice de polyuréthane. Le diamètre de cette âme est de 1,5 mm ;
    • autour de cette âme, six éléments de diamètre 1,5 mm. Deux de ces éléments sont des conducteurs électriques constitués de douze fils d'alliage de cuivre de 0,2 mm, disposés en spires jointives autour d'une amie de Kevlar 49, diamétralement opposés dans le noyau. Quatre sont des éléments intercalaires de même diamètre que les conducteurs électriques. Les conducteurs électriques sont recouverts d'une couche de PTFE de faible épaisseur.
      L'ensemble 1 + 2 + 4 ainsi réalisé, constitue le noyau électrique élastique, et a un diamètre de 4,8 mm.
      Le noyau est entouré d'un film de polyuréthane de 150 microns d'épaisseur. Sur cet ensemble est disposée une tresse de seize fuseaux de dix-sept fils souples de 1700 dtex (1500 deniers) en aramide. L'angle de tressage est ouvert et de 12°. Le diamètre compacté de l'ensemble est de 9,6 à 9,7 mm ;
    • sur la tresse est disposée une gaine en polyuréthane de 1,15 mm d'épaisseur, par extrusion ou pultrusion.
  • Le câble ainsi obtenu a un poids de 140 grammes/mètre. Il présente une résistance à la rupture de 7.800 décanewtons et sa rupture kilométrique dans l'air est de 56.

Claims (5)

  1. Câble électroporteur comprenant des éléments conducteurs de l'électricité et des éléments isolants de renfort mécanique en aramide inclus dans une gaine extrudée, caractérisé en ce que les éléments conducteurs (7) sont intégrés dans un noyau central élastique (1, 2, 2a), entouré par un renfort (3) de fibres aramides et une gaine (4), le noyau central élastique comprenant une âme centrale isolante (1) sur laquelle sont toronnées des âmes intercalaires isolantes (2a), les conducteurs (7) étant guipés sur une âme porteuse (8) toronnée avec les intercalaires (2a) de sorte que, la longueur des conducteurs (7) soit supérieure à la longueur des âmes (2a, 8), elle-même supérieure à la longueur du renfort (3).
  2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les âmes intercalaires (2a) et l'âme centrale (1) sont constituées par des torons constitués de fibres aramides à haut module incluses dans une matrice de polyuréthane.
  3. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renfort de fibres aramides (3) constitue une tresse à pas long, dont l'angle de tressage est inférieur ou égal à 15°.
  4. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fils élémentaires (7) sont recouverts d'une couche (5) de produit fluoré.
  5. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que un film (6) est interposé entre le noyau élastique (1,2a, 8) et la tresse (3).
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EP (1) EP0378675B1 (fr)
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AT (1) ATE98044T1 (fr)
DE (1) DE68911121T2 (fr)
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