La structure du câble paraît simple, mais en réalité, chaque composant a une fonction importante ; il est donc essentiel de sélectionner soigneusement les matériaux utilisés lors de sa fabrication afin de garantir sa fiabilité en fonctionnement.
1. Matériau conducteur
Historiquement, les conducteurs des câbles électriques étaient le cuivre et l'aluminium. Le sodium a également été brièvement testé. Le cuivre et l'aluminium présentent une meilleure conductivité électrique, et la quantité de cuivre nécessaire pour un même courant est relativement moindre. Par conséquent, le diamètre extérieur d'un conducteur en cuivre est inférieur à celui d'un conducteur en aluminium. Le prix de l'aluminium est nettement inférieur à celui du cuivre. De plus, la densité du cuivre étant supérieure à celle de l'aluminium, même à capacité de transport de courant égale, la section d'un conducteur en aluminium est plus importante que celle d'un conducteur en cuivre. Cependant, un câble à conducteur en aluminium reste plus léger qu'un câble à conducteur en cuivre.
2. Matériaux d'isolation
De nombreux matériaux isolants peuvent être utilisés pour les câbles d'énergie moyenne tension, notamment les isolants en papier imprégné, une technologie éprouvée et utilisée avec succès depuis plus d'un siècle. Aujourd'hui, l'isolation en polymère extrudé est largement répandue. Parmi ces matériaux, on trouve le PE (PEBD et PEHD), le XLPE, le WTR-XLPE et l'EPR. Ces matériaux sont à la fois thermoplastiques et thermodurcissables. Les matériaux thermoplastiques se déforment sous l'effet de la chaleur, tandis que les matériaux thermodurcissables conservent leur forme aux températures de service.
2.1. Isolation en papier
Au début de leur utilisation, les câbles à isolation papier supportent une faible charge et sont relativement bien entretenus. Cependant, la charge supportée par les utilisateurs ne cesse d'augmenter, rendant les conditions d'utilisation initiales inadaptées aux besoins actuels. Dès lors, les bonnes performances initiales ne préjugent plus des performances futures. C'est pourquoi, ces dernières années, les câbles à isolation papier sont devenus très rares.
2.2.PVC
Le PVC est encore utilisé comme isolant pour les câbles basse tension (1 kV) et comme matériau de gainage. Cependant, son utilisation dans l'isolation des câbles est rapidement remplacée par le polyéthylène linéaire basse densité (PEBDL), le polyéthylène moyenne densité (PEMD) ou le polyéthylène haute densité (PEHD). Les câbles sans PVC présentent ainsi des coûts de cycle de vie inférieurs.
2.3. Polyéthylène (PE)
Le polyéthylène basse densité (PEBD) a été mis au point dans les années 1930 et est aujourd'hui utilisé comme résine de base pour le polyéthylène réticulé (PERL) et le polyéthylène réticulé à base d'arbres résistant à l'eau (PERL-RE). À l'état thermoplastique, la température maximale d'utilisation du polyéthylène est de 75 °C, inférieure à celle des câbles isolés papier (80 à 90 °C). Ce problème a été résolu grâce à l'apparition du polyéthylène réticulé (PERL), qui peut atteindre, voire dépasser, la température de service des câbles isolés papier.
2.4.Polyéthylène réticulé (XLPE)
Le XLPE est un matériau thermodurcissable fabriqué en mélangeant du polyéthylène basse densité (PEBD) avec un agent de réticulation (tel que le peroxyde).
La température maximale de fonctionnement du conducteur du câble isolé XLPE est de 90 °C, la température de surcharge maximale est de 140 °C et la température de court-circuit maximale peut atteindre 250 °C. L'isolant XLPE possède d'excellentes caractéristiques diélectriques et peut être utilisé dans une plage de tension de 600 V à 500 kV.
2.5. Arbre résistant à l'eau en polyéthylène réticulé (WTR-XLPE)
Le phénomène d'arborescence d'eau réduit la durée de vie des câbles XLPE. Il existe plusieurs méthodes pour limiter la formation de ces arborescences, mais l'une des plus courantes consiste à utiliser des matériaux isolants spécialement conçus pour les inhiber, appelés polyéthylène réticulé résistant à l'eau (WTR-XLPE).
2.6. Caoutchouc éthylène-propylène (EPR)
L'EPR est un matériau thermodurcissable composé d'éthylène, de propylène (et parfois d'un troisième monomère). Le copolymère de ces trois monomères est appelé caoutchouc éthylène-propylène-diène (EPDM). Sur une large plage de températures, l'EPR conserve sa souplesse et présente une bonne résistance à l'effet corona. Cependant, ses pertes diélectriques sont nettement supérieures à celles du XLPE et du WTR-XLPE.
3. Procédé de vulcanisation de l'isolant
Le procédé de réticulation est spécifique au polymère utilisé. La fabrication des polymères réticulés commence par l'ajout d'un polymère de matrice, puis de stabilisants et d'agents de réticulation pour former un mélange. La réticulation augmente le nombre de points de connexion dans la structure moléculaire. Une fois réticulée, la chaîne moléculaire du polymère reste élastique, mais ne peut être complètement dissociée en un polymère fondu.
4. Matériaux de blindage des conducteurs et matériaux de blindage isolants
La couche de blindage semi-conductrice est extrudée sur la surface extérieure du conducteur et de l'isolant afin d'uniformiser le champ électrique et de le confiner dans l'âme isolée du câble. Ce matériau contient du noir de carbone de qualité technique permettant à la couche de blindage d'atteindre une conductivité stable dans la plage requise.
Date de publication : 12 avril 2024