Le blindage utilisé dans les fils et câbles repose sur deux concepts totalement différents : le blindage électromagnétique et le blindage contre les champs électriques. Le blindage électromagnétique est conçu pour empêcher les câbles transmettant des signaux haute fréquence (tels que les câbles RF et les câbles électroniques) de provoquer des interférences externes ou pour empêcher les ondes électromagnétiques externes d'interférer avec les câbles transmettant des courants faibles (tels que les câbles de signaux ou de mesure), ainsi que pour réduire la diaphonie entre les fils. Le blindage contre les champs électriques est conçu pour équilibrer le champ électrique intense à la surface du conducteur ou de l'isolant des câbles électriques moyenne et haute tension.
1. Structure et exigences des couches de blindage contre les champs électriques
Le blindage des câbles d'alimentation comprend le blindage des conducteurs, l'isolation et le blindage métallique. Conformément aux normes en vigueur, les câbles dont la tension nominale est supérieure à 0,6/1 kV doivent être dotés d'un blindage métallique, qui peut être appliqué à chaque âme isolée ou à l'âme multiconducteur du câble. Pour les câbles isolés en polyéthylène réticulé (XLPE) dont la tension nominale est supérieure ou égale à 3,6/6 kV et les câbles à isolation mince EPR dont la tension nominale est supérieure ou égale à 3,6/6 kV (ou les câbles à isolation épaisse dont la tension nominale est supérieure ou égale à 6/10 kV), des structures de blindage semi-conductrices internes et externes sont également requises.
(1) Blindage du conducteur et blindage de l'isolant
Le blindage du conducteur (blindage semi-conducteur interne) doit être non métallique et constitué d'un matériau semi-conducteur extrudé ou d'un ruban semi-conducteur enroulé autour du conducteur suivi d'une couche semi-conductrice extrudée.
Le blindage isolant (blindage semi-conducteur externe) est une couche semi-conductrice non métallique extrudée directement sur la surface extérieure de chaque âme isolée. Elle peut être collée fermement à l'isolant ou décollable. Les couches semi-conductrices extrudées, intérieure et extérieure, doivent être solidement collées à l'isolant, avec des interfaces lisses, sans traces de fils visibles, ni arêtes vives, particules, traces de brûlure ou rayures. La résistivité avant et après vieillissement ne doit pas dépasser 1 000 Ω·m pour la couche de blindage du conducteur et 500 Ω·m pour la couche de blindage de l'isolant.
Les matériaux de blindage semi-conducteurs intérieurs et extérieurs sont fabriqués en mélangeant les matériaux isolants correspondants (tels que le polyéthylène réticulé, le caoutchouc éthylène-propylène, etc.) avec du noir de carbone, des antioxydants, un copolymère éthylène-acétate de vinyle et d'autres additifs. Les particules de noir de carbone doivent être uniformément dispersées dans le polymère, sans agglomération ni mauvaise dispersion.
L'épaisseur des couches de blindage semi-conductrices intérieure et extérieure augmente avec la tension. L'intensité du champ électrique sur la couche isolante étant plus élevée à l'intérieur et plus faible à l'extérieur, l'épaisseur des couches de blindage semi-conductrices doit également être plus importante à l'intérieur qu'à l'extérieur. Auparavant, le blindage semi-conducteur extérieur était légèrement plus épais que le blindage intérieur afin d'éviter les rayures dues à un mauvais contrôle de la flèche ou les perforations causées par des rubans de cuivre trop durs. Aujourd'hui, grâce à la surveillance automatique en ligne de la flèche et aux rubans de cuivre doux recuits, l'épaisseur de la couche de blindage semi-conductrice intérieure doit être légèrement supérieure ou égale à celle de la couche extérieure. Pour les câbles de 6-10-35 kV, l'épaisseur de la couche intérieure est généralement de 0,5-0,6-0,8 mm.
(2) Blindage métallique
Les câbles dont la tension nominale est supérieure à 0,6/1 kV doivent être dotés d'une couche de blindage métallique. Cette couche doit être appliquée sur chaque âme isolée ou âme de câble. Le blindage métallique doit être constitué d'un ou plusieurs rubans métalliques, tresses métalliques, couches concentriques de fils métalliques, ou d'une combinaison de fils et de rubans métalliques.
En Europe et dans d'autres pays développés, en raison de l'utilisation de systèmes à double circuit mis à la terre par résistance, avec des courants de court-circuit plus élevés, le blindage par fil de cuivre est couramment utilisé. Certains fabricants intègrent des fils de cuivre dans la gaine de séparation ou la gaine extérieure afin de réduire le diamètre du câble. En Chine, à l'exception de quelques projets clés utilisant des systèmes à double circuit mis à la terre par résistance, la plupart des systèmes utilisent des alimentations à circuit unique mises à la terre par bobine de suppression d'arc, ce qui limite le courant de court-circuit au minimum ; un blindage par ruban de cuivre peut donc être utilisé. Les usines de câbles traitent les rubans de cuivre dur achetés par refendage et recuit afin d'obtenir une certaine résistance à l'allongement et à la traction (un ruban trop dur rayera la couche de blindage isolante, un ruban trop mou se froissera) avant utilisation. Les rubans de cuivre mou doivent être conformes à la norme GB/T11091-2005 « Ruban de cuivre pour câbles ».
Le blindage en ruban de cuivre doit être constitué d'une couche de ruban de cuivre souple superposée ou de deux couches de ruban de cuivre souple enroulées en hélice et espacées. Le taux de chevauchement moyen du ruban de cuivre doit être de 15 % de sa largeur (valeur nominale) et le taux de chevauchement minimal ne doit pas être inférieur à 5 %. L'épaisseur nominale du ruban de cuivre doit être d'au moins 0,12 mm pour les câbles unipolaires et d'au moins 0,10 mm pour les câbles multipolaires. L'épaisseur minimale du ruban de cuivre ne doit pas être inférieure à 90 % de sa valeur nominale. Selon le diamètre extérieur du blindage isolant (≤ 25 mm ou > 25 mm), la largeur du ruban de cuivre est généralement de 30 à 35 mm.
Le blindage des fils de cuivre est constitué de fils de cuivre souples enroulés en hélice, fixés par un enroulement contre-hélicoïdal de fils ou de rubans de cuivre. Sa résistance doit être conforme aux exigences de la norme GB/T3956-2008 Conducteurs de câbles, et sa section nominale doit être déterminée en fonction de la capacité de courant de défaut. Le blindage des fils de cuivre peut être appliqué sur la gaine intérieure des câbles tripolaires ou directement sur l'isolant, la couche de blindage semi-conductrice extérieure ou une gaine intérieure appropriée des câbles unipolaires. L'espacement moyen entre fils de cuivre adjacents ne doit pas dépasser 4 mm. L'espacement moyen G est calculé selon la formule suivante :
où:
D – diamètre de l’âme du câble sous le blindage du fil de cuivre, en mm ;
d – diamètre du fil de cuivre, en mm ;
n – nombre de fils de cuivre.
2. Le rôle des couches de blindage et leur relation avec les niveaux de tension
(1) Rôle du blindage semi-conducteur intérieur et extérieur
Les conducteurs de câbles sont généralement constitués de fils multibrins. Lors de l'extrusion de l'isolant, des espaces, bavures et autres irrégularités de surface peuvent apparaître entre la surface du conducteur et la couche isolante, provoquant une concentration du champ électrique, entraînant des décharges locales par entrefer et des décharges arborescentes, et réduisant les performances diélectriques. L'extrusion d'une couche de matériau semi-conducteur (blindage du conducteur) sur la surface du conducteur assure un contact étroit avec l'isolant. La couche semi-conductrice et le conducteur étant au même potentiel, même en présence d'espaces entre eux, le champ électrique est inexistant, ce qui évite les décharges partielles.
De même, il existe des espaces entre la surface de l'isolant extérieur et la gaine métallique (ou blindage métallique), et plus la tension est élevée, plus le risque de décharge par entrefer est élevé. L'extrusion d'une couche semi-conductrice (blindage isolant) sur la surface de l'isolant extérieur forme une surface équipotentielle externe avec la gaine métallique, éliminant ainsi les champs électriques dans les espaces et empêchant les décharges partielles.
(2) Rôle du blindage métallique
Les fonctions du blindage métallique comprennent : le transport du courant capacitif dans des conditions normales, servant de chemin pour le courant de court-circuit en cas de défaut ; le confinement du champ électrique dans l'isolation (réduisant les interférences électromagnétiques externes) et assurant un champ électrique radial uniforme ; agissant comme ligne neutre dans les systèmes triphasés à quatre fils pour transporter un courant déséquilibré ; et fournissant une protection radiale contre le blocage de l'eau.
Date de publication : 28 juillet 2025