Dans le domaine des câbles et fils électriques, les structures de blindage se divisent en deux concepts distincts : le blindage électromagnétique et le blindage contre les champs électriques. Le blindage électromagnétique sert principalement à empêcher les câbles de signaux haute fréquence (tels que les câbles RF et les câbles électroniques) de perturber l’environnement extérieur ou à bloquer les ondes électromagnétiques externes susceptibles d’interférer avec les câbles transmettant des courants faibles (tels que les câbles de signal et de mesure), ainsi qu’à réduire les interférences entre les câbles. Le blindage contre les champs électriques, quant à lui, est conçu pour équilibrer les champs électriques intenses présents à la surface du conducteur ou de l’isolant des câbles d’alimentation moyenne et haute tension.
1. Structure et exigences des couches de blindage contre les champs électriques
Le blindage des câbles d'énergie se divise en blindage conducteur, blindage d'isolation et blindage métallique. Conformément aux normes en vigueur, les câbles de tension nominale supérieure à 0,6/1 kV doivent comporter une couche de blindage métallique, appliquée soit aux conducteurs isolés individuellement, soit à l'ensemble de l'âme du câble. Pour les câbles de tension nominale d'au moins 3,6/6 kV isolés en XLPE (polyéthylène réticulé), ou pour ceux isolés en EPR (caoutchouc éthylène-propylène) mince (ou avec une isolation épaisse pour une tension nominale d'au moins 6/10 kV), une structure de blindage semi-conductrice interne et externe est également requise.
(1) Blindage des conducteurs et blindage isolant
Blindage du conducteur (blindage semi-conducteur interne) : celui-ci doit être non métallique, constitué d’un matériau semi-conducteur extrudé ou d’une combinaison de ruban semi-conducteur enroulé autour du conducteur suivi d’un matériau semi-conducteur extrudé.
Blindage isolant (blindage semi-conducteur extérieur) : celui-ci est extrudé directement sur la surface extérieure de chaque noyau isolé et est étroitement lié à la couche isolante ou peut en être détaché.
Les couches semi-conductrices extrudées, interne et externe, doivent être solidement liées à l'isolant, avec une interface lisse exempte de marques de câblage, d'arêtes vives, de particules, de brûlures ou de rayures. La résistivité avant et après vieillissement ne doit pas dépasser 1 000 Ω·m pour la couche de blindage conductrice et 500 Ω·m pour la couche de blindage isolante.
Les matériaux de blindage semi-conducteurs interne et externe sont fabriqués en mélangeant des matériaux isolants appropriés (tels que le polyéthylène réticulé (XLPE) et le caoutchouc éthylène-propylène (EPR)) avec des additifs comme le noir de carbone, des agents anti-vieillissement et un copolymère éthylène-acétate de vinyle. Les particules de noir de carbone doivent être réparties uniformément dans le polymère, sans agglomération ni dispersion insuffisante.
L'épaisseur des couches de blindage semi-conductrices interne et externe augmente avec la tension nominale. Le champ électrique étant plus intense à l'intérieur de la couche isolante qu'à l'extérieur, l'épaisseur des couches de blindage semi-conductrices doit également être plus importante à l'intérieur qu'à l'extérieur. Pour les câbles de 6, 10 et 35 kV, l'épaisseur de la couche interne est généralement comprise entre 0,5 et 0,6 mm, voire 0,8 mm.
(2) Blindage métallique
Les câbles dont la tension nominale est supérieure à 0,6/1 kV doivent être munis d'un blindage métallique. Ce blindage doit recouvrir l'extérieur de chaque conducteur isolé ou l'âme du câble. Il peut être constitué d'un ou plusieurs rubans métalliques, de tresses métalliques, de couches concentriques de fils métalliques, ou d'une combinaison de fils et de rubans métalliques.
En Europe et dans les pays développés, où l'on utilise des systèmes à double circuit avec mise à la terre par résistance et où les courants de court-circuit sont plus élevés, le blindage par fil de cuivre est fréquemment employé. En Chine, les systèmes d'alimentation à circuit unique avec bobine de suppression d'arc étant plus courants, on utilise généralement un blindage par ruban de cuivre. Les fabricants de câbles transforment les rubans de cuivre rigides achetés en les refendant et en les recuitant afin de les ramollir avant utilisation. Ces rubans de cuivre ramollis doivent être conformes à la norme GB/T11091-2005 « Rubans de cuivre pour câbles ».
Le blindage par ruban de cuivre doit être constitué d'une couche de ruban de cuivre souple à recouvrement ou de deux couches de ruban de cuivre souple à recouvrement partiel. Le taux de recouvrement moyen doit être de 15 % de la largeur du ruban, avec un taux minimal de 5 %. L'épaisseur nominale du ruban de cuivre doit être d'au moins 0,12 mm pour les câbles monoconducteurs et d'au moins 0,10 mm pour les câbles multiconducteurs. L'épaisseur minimale doit être d'au moins 90 % de la valeur nominale.
Le blindage en fil de cuivre est constitué de fils de cuivre souples enroulés lâchement, dont la surface est protégée par des fils ou des rubans de cuivre enroulés en sens inverse. Sa résistance doit être conforme à la norme GB/T3956-2008 « Conducteurs de câbles », et sa section nominale doit être déterminée en fonction de la capacité de courant de défaut.
2. Fonctions des couches de blindage et leur relation avec les tensions nominales
(1) Fonctions du blindage semi-conducteur interne et externe
Les conducteurs de câbles sont généralement constitués de plusieurs fils multibrins compactés. Lors de l'extrusion de l'isolant, les interstices, bavures ou irrégularités de surface entre le conducteur et l'isolant peuvent engendrer une concentration du champ électrique, provoquant des décharges partielles et des arêtes de conducteur, ce qui dégrade les performances électriques. L'extrusion d'une couche de matériau semi-conducteur (blindage conducteur) entre le conducteur et l'isolant permet une liaison étroite avec ce dernier. La couche semi-conductrice étant au même potentiel que le conducteur, les interstices ne subissent pas d'influence du champ électrique, empêchant ainsi les décharges partielles.
De même, les interstices entre la surface isolante extérieure et la gaine métallique (ou blindage métallique) peuvent également provoquer des décharges partielles, notamment à haute tension. L'extrusion d'une couche de matériau semi-conducteur (blindage isolant) sur la surface isolante extérieure crée une surface équipotentielle avec la gaine métallique, éliminant ainsi les effets de champ électrique dans les interstices et empêchant les décharges partielles.
(2) Fonctions du blindage métallique
Les fonctions du blindage métallique sont les suivantes : conduire les courants capacitifs en conditions normales, servir de chemin aux courants de court-circuit (défaut), confiner le champ électrique à l’intérieur de l’isolant (réduisant ainsi les interférences électromagnétiques avec l’environnement extérieur) et garantir des champs électriques uniformes (champs électriques radiaux). Dans les systèmes triphasés à quatre fils, il fait également office de neutre, transportant les courants déséquilibrés, et assure l’étanchéité radiale.
3. À propos du câble OW
En tant que fournisseur majeur de matières premières pour fils et câbles, OW Cable propose du polyéthylène réticulé (XLPE), des rubans et fils de cuivre de haute qualité, ainsi que d'autres matériaux de blindage largement utilisés dans la fabrication de câbles d'alimentation, de communication et de câbles spéciaux. Nos produits sont conformes aux normes internationales et nous nous engageons à fournir à nos clients des solutions de blindage fiables.
Date de publication : 24 mars 2025