La structure du câble semble simple, en fait, chaque composant a son propre objectif important, donc chaque matériau composant doit être soigneusement sélectionné lors de la fabrication du câble, afin de garantir la fiabilité du câble composé de ces matériaux pendant le fonctionnement.
1. Matériau conducteur
Historiquement, les matériaux utilisés pour 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 étant relativement faible à courant transmis égal, le diamètre extérieur du conducteur en cuivre est inférieur à celui du 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 courant admissible égal, la section du conducteur en aluminium est supérieure à celle du conducteur en cuivre, mais le câble en aluminium reste plus léger que le câble en cuivre.
2. Matériaux isolants
Les câbles d'alimentation MT peuvent utiliser de nombreux matériaux isolants, notamment des matériaux isolants en papier imprégné, technologiquement avancés et utilisés avec succès depuis plus de 100 ans. Aujourd'hui, l'isolation en polymère extrudé est largement acceptée. 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 thermoplastiques se déforment sous l'effet de la chaleur, tandis que les thermodurcissables conservent leur forme à température de fonctionnement.
2.1. Isolation en papier
Au début de leur exploitation, les câbles isolés au papier supportent une faible charge et sont relativement bien entretenus. Cependant, face à l'augmentation constante des charges, les câbles sont de plus en plus sollicités. Les conditions d'utilisation initiales ne sont plus adaptées aux besoins actuels. L'expérience initiale ne garantit donc plus le bon fonctionnement futur des câbles. Ces dernières années, les câbles isolés au papier ont été peu utilisés.
2.2.PVC
Le PVC est toujours utilisé comme matériau isolant pour les câbles basse tension de 1 kV et comme matériau de gainage. Cependant, le PVC est rapidement remplacé par le XLPE pour l'isolation des câbles, et son utilisation pour les gaines est rapidement supplantée par le polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE), le polyéthylène moyenne densité (MDPE) ou le polyéthylène haute densité (HDPE). Les câbles sans PVC présentent des coûts de cycle de vie inférieurs.
2.3. Polyéthylène (PE)
Le polyéthylène basse densité (PEBD) a été développé dans les années 1930 et est aujourd'hui utilisé comme résine de base pour les matériaux en polyéthylène réticulé (XLPE) et en polyéthylène réticulé résistant à l'eau (WTR-XLPE). À l'état thermoplastique, la température maximale de fonctionnement du polyéthylène est de 75 °C, ce qui est inférieur à la température de fonctionnement des câbles isolés au papier (80 à 90 °C). Ce problème a été résolu grâce à l'avènement du polyéthylène réticulé (XLPE), qui peut atteindre, voire dépasser, la température de service des câbles isolés au 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, le test de surcharge peut atteindre 140 ° C et la température de court-circuit peut atteindre 250 ° C. Le XLPE a d'excellentes caractéristiques diélectriques et peut être utilisé dans la plage de tension de 600 V à 500 kV.
2.5. Arbre résistant à l'eau Polyéthylène réticulé (WTR-XLPE)
Le phénomène de l'arbre d'eau réduit la durée de vie des câbles XLPE. Il existe de nombreuses façons de réduire la croissance de l'arbre d'eau, mais l'une des plus courantes consiste à utiliser des matériaux isolants spécialement conçus pour inhiber cette croissance, appelés polyéthylène réticulé résistant à l'eau WTR-XLPE.
2.6. Caoutchouc éthylène-propylène (EPR)
L'EPR est un matériau thermodurcissable composé d'éthylène et de propylène (parfois un troisième monomère). Le copolymère de ces trois monomères est appelé caoutchouc éthylène-propylène-diène (EPDM). Sur une large plage de températures, l'EPR reste souple et présente une bonne résistance à l'effet corona. Cependant, la perte diélectrique de l'EPR est nettement supérieure à celle du XLPE et du WTR-XLPE.
3. Processus de vulcanisation de l'isolation
Le processus de réticulation est spécifique au polymère utilisé. La fabrication des polymères réticulés commence par une matrice polymère, à laquelle sont ajoutés des stabilisants et des agents de réticulation pour former un mélange. Le processus de réticulation ajoute des points de connexion à la structure moléculaire. Une fois réticulée, la chaîne moléculaire du polymère reste élastique, mais ne peut être complètement rompue en un liquide fondu.
4. Matériaux de blindage et de blindage isolant des conducteurs
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 contenir dans l'âme isolée du câble. Ce matériau contient du noir de carbone de qualité technique pour permettre à la couche de blindage du câble d'atteindre une conductivité stable dans la plage requise.
Date de publication : 12 avril 2024