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WO 2020/178534 1
PCT/F142020/050455
Description
Titre de l'invention : CÅBLE DE PUISSANCE AUTO-
ÉCLAIRÉ A BAS COURANT ET GARDANT SA SOUPLESSE
ET PROCÉDÉ DE FABRICATION ASSOCIÉ
[0001] La présente invention se rapporte à un câble de puissance auto-éclairé
à bas
courant et gardant sa souplesse ainsi qu'à un procédé de fabrication associé.
[0002] L'invention appartient au domaine des câbles électriques de puissance
destinés au transport d'énergie et/ou à la transmission de données.
[0003] Elle trouve à s'appliquer en particulier dans le domaine des câbles
miniers_
1.0 [0004] Les câbles miniers sont régulièrement endommagés, voire détruits
par
écrasement du fait des engins roulants qui ne les voient pas.
[0005] Il existe des câbles photoluminescents, mais la couche de poussière
et/ou de
saleté qui se dépose sur les câbles les rend rapidement invisibles. Ce type de
câble ne résout donc pas le problème du manque de visibilité.
[0006] Il existe également des câbles équipés de réflecteurs, mais ils
présentent le
même inconvénient : la lumière ne parvient pas jusqu'aux réflecteurs, à cause
du
dépôt de poussière et/ou de saleté sur le câble.
[0007] Le document WO 2014/026300 A8 décrit un système récupérateur d'énergie
fondé sur le principe de l'auto-induction, qui prélève de l'énergie sur un
câble de
puissance dans lequel circule du courant électrique et qui alimente un ruban
de
diodes électroluminescentes pour le balisage d'un conducteur triphasé. Le
récupérateur d'énergie est constitué d'un câble ferromagnétique sur lequel est
enroulé un bobinage de cuivre. La tension est récupérée aux extrémités de ce
bobinage. Un tel agencement présente plusieurs inconvénients : le bobinage de
cuivre présente généralement un encombrement relativement important
incompatible avec les installations en espace réduit. En outre, la souplesse
de
l'ensemble peut être insuffisante pour un enroulement autour de conducteurs de
petit diamètre. Par ailleurs, cet agencement ne permet pas une intégration
facile
dans une installation et encore moins dans un câble électrique_
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[0008] La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités
de
l'art antérieur.
[0009] Dans ce but, la présente invention propose un câble de puissance
comportant
au moins un élément conducteur, remarquable en ce qu'il comporte en outre au
s moins un ruban disposé sur au moins une partie de la longueur de l'au
moins un
élément conducteur, le ruban étant équipé d'un système récupérateur d'énergie
sans bobinage qui alimente le ruban en courant électrique à partir de
l'énergie
disponible dans l'au moins un conducteur, le ruban comportant une pluralité
d'éléments produisant de la lumière à partir du courant électrique précité.
[0010] Le câble conforme à l'invention est ainsi rendu visible en permanence
du fait
qu'il est autoalimenté en courant électrique et qu'il produit de ce fait, par
l'intermédiaire de ses éléments qui produisent de la lumière à partir de ce
courant,
une lumière suffisamment intense pour être vue en dépit de la poussière ettou
de
la saleté présente sur le câble. En outre, l'allumage du câble s'effectue dès
qu'une faible intensité est présente dans le conducteur de puissance.
[0011] Par conséquent, la probabilité d'endommagement ou de destruction du
câble
conforme à l'invention est significativement réduite, ce qui engendre moins de
réparations et donc moins d'arrêts de production pour les utilisateurs du
câble.
[0012] Dans un mode particulier de réalisation, le câble comporte en outre une
gaine
de protection transparente disposée autour de l'au moins un élément conducteur
et du au moins un ruban.
[0013] Dans toute la présente demande, on entend par transparent un
élément
ou un matériau laissant passer plus ou moins le flux lumineux et au travers
duquel les objets sont visibles avec netteté. Plus particulièrement, c'est un
élément ou un matériau à travers lequel une image est observée sans perte
significative de contraste : l'interposition de l'élément transparent ou du
matériau
transparent entre une image et un observateur de celle-ci ne réduit pas
significativement la qualité de l'image.
[0014] La gaine de protection transparente permet de préserver à la fois le
ruban et
l'élément conducteur contre les agressions extérieures, tout en ne dégradant
pas
la visibilité, du fait du caractère transparent de la gaine de protection.
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[0015] Dans un mode particulier de réalisation, la gaine de protection
transparente
est extrudée sur l'ensemble formé par l'au moins un élément conducteur et l'au
moins un ruban.
[0016] Cela permet un positionnement optimal de la gaine de protection autour
de
s cet ensemble.
[0017] La gaine de protection transparente est par exemple en matière
plastique.
[0018] Dans un mode particulier de réalisation, la pluralité d'éléments
produisant de
la lumière comporte au moins une diode électroluminescente ou DEL (en anglais
LED pour light-emitting diode ).
1.0 [0019] Cela constitue un dispositif d'éclairage à la fois puissant,
économique et
présentant une durée de vie importante.
[0020] L'au moins un ruban peut à son tour alimenter en courant électrique au
moins
un capteur d'au moins un paramètre relatif à l'état du câble.
[0021] Cela permet de surveiller l'état du câble sans prévoir une source
extérieure
15 d'alimentation électrique.
[0022] Dans un mode particulier de réalisation, l'au moins un ruban s'étend
hélicoidalement autour de l'au moins un élément conducteur.
[0023] Cette disposition est avantageuse car elle permet à l'émission de
lumière
d'être répartie de façon égale tout autour de l'élément conducteur.
zo [0024] Dans un mode particulier de réalisation, le câble comporte un
ruban disposé
sur toute la longueur d'un élément conducteur d'une phase du câble.
[0025] Le câble est ainsi entièrement éclairé.
[0026] Le câble conforme à la présente invention est par exemple un câble
minier.
Les environnements miniers étant souvent sombres, l'invention s'y applique de
25 façon particulièrement avantageuse.
[0027] Dans le même but que celui indiqué plus haut, la présente invention
propose
également un procédé de fabrication d'un câble de puissance tel que
succinctement décrit ci-dessus, remarquable en ce qu'il comporte une étape
consistant à extruder la gaine de protection sur l'ensemble formé par l'au
moins
30 un élément conducteur et l'au moins un ruban.
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[0028] Les caractéristiques particulières et les avantages du procédé étant
similaires
à ceux du câble, ils ne sont pas répétés ici.
Brève description des dessins
[0029] D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture
de la
description détaillée ci-après de modes particuliers de réalisation, donnés à
titre
d'exemples nullement limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans
lesquels :
[0030] [Fig. 1] est une représentation schématique d'un câble conforme à la
présente
invention, dans un mode particulier de réalisation ; et
1.0 [0031] [Fig. 2] est une représentation schématique agrandie d'une
portion d'un ruban
compris dans le câble de la figure 1, montrant le système récupérateur
d'énergie
sans bobinage qui équipe le ruban.
Description de mode(s) de réalisation
[0032] Le câble conforme à la présente invention est un câble électrique de
puissance destiné par exemple au transport d'énergie et/ou à la transmission
de
données. C'est par exemple un câble minier.
[0033] La figure 1 montre un mode particulier de réalisation d'un câble
conforme à la
présente invention.
[0034] Le câble comporte au moins un élément conducteur. Dans le mode
particulier
de réalisation illustré, le câble est triphasé et comporte donc trois éléments
conducteurs 10, 12 et 14. A titre d'exemple nullement limitatif, l'élément
conducteur 10 est par exemple une phase du câble, l'élément conducteur 12 est
par exemple un élément neutre et l'élément conducteur 14 est par exemple un
élément de masse ou terre.
[0035] Le câble représenté sur le dessin comporte des éléments conducteurs 10,
12
et 14 ayant une section transversale de forme circulaire. Néanmoins, cette
forme
est donnée à titre d'exemple non limitatif. D'autres formes sont possibles,
comme
par exemple une section transversale sensiblement plate.
[0036] Conformément à l'invention, le câble comporte en outre au moins un
ruban 16
disposé sur au moins une partie de la longueur d'au moins un des éléments
conducteurs 10, 12 et 14. Dans le mode particulier de réalisation illustré, le
câble
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comporte un ruban 16 disposé sur toute la longueur de l'élément conducteur 10,
qui est une phase du câble.
[0037] Le ruban 16 peut être enroulé autour de l'élément conducteur 10 et peut
par
exemple s'étendre hélicoïdalennent autour de celui-ci, comme dans le mode
s particulier de réalisation illustré_
[0038] La largeur et l'épaisseur du ruban 16 dépendent de la taille du câble
et de
l'application considérée. Elles sont choisies de façon à permettre au câble de
conserver une flexibilité et une taille acceptables dans cette application.
[0039] Le ruban 16 est alimenté en courant électrique à partir de la puissance
qui
lo circule dans l'élément conducteur 10 autour duquel il est disposé.
[0040] En effet, comme le montre la figure 2, l'énergie provenant de l'élément
conducteur 10 est recueillie par un système récupérateur d'énergie sans
bobinage de fil conducteur, placé le long du ruban 16.
[0041] Ce système récupérateur d'énergie peut par exemple être du type décrit
ci-
15 après, où il comporte, sur ou à proximité de chacun des bords
longitudinaux du
ruban 16, un tordon 20 ferromagnétique composé de torons de fils de matériau
ferromagnétique de petit diamètre, typiquement de quelques centièmes de
millimètres à quelques millimètres, par exemple de 0,1 mm à 0,4 mm,
typiquement 0,2 mm. Ces torons sont eux-mêmes toronnés ensemble pour
20 former chaque tordon 20, qui est connecté au ruban 16 par
l'intermédiaire de
connexions 22. Le matériau ferromagnétique est par exemple le fer ou un
alliage
de fer et de nickel, comme par exemple FeNi50 ou FeNi80, ces exemples n'étant
nullement limitatifs, tout type de matériau ferromagnétique pouvant être
utilisé.
Lorsque le matériau ferromagnétique utilisé présente une perméabilité
25 relativement élevée, typiquement de quelques milliers comme c'est le
cas pour
un alliage FeNi80, il est possible de produire un niveau de tension maximum
avec un courant dans l'élément conducteur 10 le plus faible possible,
typiquement quelques ampères.
[0042] Les tordons 20 agissent comme un noyau ferromagnétique positionné
autour
30 de l'élément conducteur 10. Le courant qui circule dans l'élément
conducteur 10
induit un flux magnétique dans l'ensemble des torons qui constituent chaque
tordon 20. Selon la façon dont est réalisé le toronnage, chaque toron embrasse
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une certaine fraction de la section totale et agit comme un bobinage dans
lequel
est induite une tension. Les torons forment donc l'équivalent d'un ensemble de
bobinages mis en parallèle et une tension est présente entre les deux
extrémités
de chaque tordon 20.
s [0043] Par ailleurs, grâce à ce noyau magnétique souple, le câble auto-
éclairant
garde une bonne souplesse, du fait du faible diamètre des fils de matériau
ferromagnétique formant les torons qui constituent chaque tordon 20. Le nombre
de fils (ou brins) est ajusté de façon à obtenir la section de matériau
ferromagnétique nécessaire à l'obtention de la tension recherchée. Ces brins
sont toronnés ensemble, soit en un seul toron pour les sections faibles de
tordon
20, soit en plusieurs torons intermédiaires. Les brins et les torons
intermédiaires
dans un même tordon 20 sont avantageusement vrillés dans le même sens
(horaire ou antihoraire) afin que les tensions induites ne se compensent pas.
[0044] Les brins unitaires peuvent être isolés les uns des autres. Ils peuvent
aussi ne
pas être isolés les uns des autres. Dans ce second cas, ils sont en contact
permanent les uns avec les autres. Le gradient de tension est avantageusement
nul sur l'ensemble de la section droite d'un tordon 20, quelle que soit la
position
sur le tordon 20, afin d'éviter la création de courts-circuits. Il n'y a pas
de
différence de potentiel entre les brins ; aucun courant ne peut circuler d'un
brin à
l'autre. A cette fin, tous les brins unitaires parcourent le même chemin
pour
embrasser la même section équivalente tout au long du tordon 20. Les
paramètres de toronnage des différents torons intermédiaires, tels que le pas
et
le nombre de brins, sont choisis de façon à satisfaire cette condition.
[0045] Il est avantageux de fabriquer des tordons 20 composés du plus grand
nombre de brins possible avec le moins de torons possible. On peut réaliser
des
combinaisons de 2, 3 ou 4 brins sans brin central, afin de garantir que les
brins
soient tous vrillés de façon identique.
[0046] Le toronnage du tordon 20 peut alors être réalisé en plusieurs étapes :
par
exemple, d'abord un toronnage de 2 ou 3 brins, puis un toronnage de 2 ou 3
torons de 2 ou 3 brins, puis un toronnage de 2 ou 3 torons de 2 ou 3 torons de
2
ou 3 brins, et ainsi de suite jusqu'à obtenir le nombre de brins et la section
ferromagnétique désirés.
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[0047] Un paramètre qui influence le niveau de tension induit est le pas de
toronnage.
Dans un tordon 20 constitué de plusieurs torons, il convient de prendre en
compte le pas de chaque toron intermédiaire. Le fait de réduire le pas
augmente
le nombre de tours par unité de longueur et par conséquent le nombre de spires
de bobinage équivalent. Cela est avantageux pour augmenter le niveau de
tension, mais la longueur de pas sera cependant choisie de façon à conserver
une bonne souplesse et réduire les déformations.
[0048] Par ailleurs, le sens de l'enroulement sur l'élément conducteur 10 joue
un rôle
sur la phase de la tension de sortie. En effet, si le sens de toronnage du
tordon
20 est le même que le sens de l'enroulement sur l'élément conducteur 10, la
tension sera en phase avec le courant. En revanche, si le sens de toronnage
est
inversé par rapport au sens de l'enroulement sur l'élément conducteur 10, la
tension sera en opposition de phase avec le courant. De plus, pour une valeur
de
courant donnée, les tensions induites aux extrémités d'un tordon 20 sont
différentes selon que le sens de toronnage est le même ou inversé par rapport
au
sens d'enroulement sur l'élément conducteur 10.
[0049] La tension induite disponible aux extrémités d'un tordon 20 est
proportionnelle
à la longueur du tordon 20. Pour obtenir une tension suffisante, par exemple 3
V
minimum, plusieurs mètres de tordon peuvent être nécessaires. La distance
entre les connexions pour récupérer cette tension peut donc être également de
plusieurs mètres. Afin que les deux bornes de raccordement soient côte à côte,
deux tordons 20 toronnés en sens inverse l'un par rapport à l'autre sont
avantageusement enroulés en parallèle sur l'élément conducteur 10, comme le
montre la figure 2. La mise en série de ces deux tordons 20 permet d'ajouter
les
tensions induites dans chaque tordon 20.
[0050] De façon optionnelle, une cosse sertie directement sur chaque tordon 20
peut
venir serrer les brins les uns contre les autres et ainsi assurer les contacts
électriques et la tenue mécanique des torons.
[0051] Du fait de l'optimisation des pertes fer, le câble de puissance auto-
éclairé
présente un faible suréchauffement.
[0052] Le système récupérateur d'énergie alimente le ruban 16 en courant
électrique
par électromagnétisme, par exemple à intervalles réguliers.
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[0053] Comme représenté sur les figures 1 et 2, le ruban 16 comporte une
pluralité
d'éléments 18 produisant de la lumière à partir du courant électrique.
[0054] Les éléments 18 peuvent être des diodes électroluminescentes.
[0055] Dans un mode particulier de réalisation, le ruban 16 pourrait être
équipé de
batteries de stockage d'électricité.
[0056] Par ailleurs, on peut équiper le ruban 16 d'un ou plusieurs capteurs en
plus
des capteurs émetteurs de lumière, tels que des capteurs mesurant certains
paramètres reflétant l'état du câble, comme par exemple la température,
l'intensité du courant, la tension électrique, la puissance, la tension
mécanique
1.0 ou encore la localisation par système GPS (système de positionnement
par
satellite, en anglais Global Positioning System ). Le ruban 16 peut
alimenter
ce(s) capteurs en courant électrique.
[0057] Le ruban 16 peut en outre alimenter en courant électrique tout autre
élément,
tel qu'un ou plusieurs systèmes d'émission, par exemple du type WiFi.
[0058] Il n'est pas nécessaire de fixer le ruban 16 sur l'élément conducteur
10. Le
ruban 16 est simplement enroulé autour de l'élément conducteur 10.
[0059] En outre, une gaine de protection transparente (non représentée) peut
être
disposée autour des éléments conducteurs 10, 12 et 14 et du ruban 16.
[0060] La gaine de protection transparente est par exemple en matière
plastique.
[0061] La section du câble auto-éclairé peut être faible.
[0062] Lors de la fabrication du câble, une étape consiste, après enroulement,
autour
de l'élément conducteur 10 du câble, de l'ensemble composé du système
récupérateur d'énergie et du ruban 16 (ou bien, si plusieurs rubans sont
prévus
respectivement pour plusieurs éléments conducteurs, enroulement de chaque
ruban et de chaque système récupérateur d'énergie autour de l'élément
conducteur correspondant), à extruder la gaine de protection transparente sur
l'ensemble formé par les éléments conducteurs 10, 12 et 14 et le ruban 16
équipé du système récupérateur d'énergie.
