Le blindage utilisé dans les câbles et fils électriques repose sur deux concepts bien distincts : le blindage électromagnétique et le blindage contre les champs électriques. Le blindage électromagnétique vise à empêcher les câbles transmettant des signaux haute fréquence (tels que les câbles RF et les câbles électroniques) de provoquer des interférences externes, ou à bloquer les ondes électromagnétiques externes susceptibles de perturber les câbles transmettant des courants faibles (tels que les câbles de signal ou de mesure), ainsi qu’à réduire la diaphonie entre les conducteurs. Le blindage contre les champs électriques, quant à lui, est conçu pour équilibrer le champ électrique intense présent 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 comprend le blindage des conducteurs, le blindage de l'isolant et le 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 à chaque conducteur isolé ou à l'âme multiconducteur. Pour les câbles isolés XLPE de tension nominale supérieure ou égale à 3,6/6 kV et les câbles à isolation mince EPR de tension nominale supérieure ou égale à 3,6/6 kV (ou les câbles à isolation épaisse de tension nominale supérieure ou égale à 6/10 kV), des structures de blindage semi-conductrices internes et externes sont également requises.
(1) Blindage des conducteurs et blindage isolant
Le blindage du conducteur (blindage semi-conducteur interne) doit être non métallique, 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 externe de chaque âme isolée. Cette couche peut être soit solidement collée à l'isolant, soit détachable. Les couches semi-conductrices interne et externe extrudées doivent adhérer parfaitement à l'isolant, avec des interfaces lisses, sans marques de brins apparentes, 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 interne et externe 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 dispersion insuffisante.
L'épaisseur des couches de blindage semi-conductrices interne et externe augmente avec le niveau de tension. 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 supérieure à l'intérieur. Auparavant, la couche de blindage semi-conductrice externe était légèrement plus épaisse que la couche interne afin d'éviter les rayures dues à une mauvaise maîtrise de la flèche ou les perforations causées par des rubans de cuivre trop rigides. Désormais, grâce à la surveillance automatique de la flèche en ligne et à l'utilisation de rubans de cuivre recuits et souples, l'épaisseur de la couche de blindage semi-conductrice interne doit être légèrement supérieure ou égale à celle de la couche externe. Pour les câbles 6-10-35 kV, l'épaisseur de la couche interne 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 blindés par une couche métallique. Cette couche doit être appliquée sur chaque conducteur isolé. Le blindage métallique peut 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, l'utilisation de systèmes à double circuit avec mise à la terre par résistance, caractérisés par des courants de court-circuit plus élevés, impose le recours à un blindage en fil de cuivre. 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 avec mise à la terre par résistance, la plupart des installations emploient des alimentations à circuit unique avec mise à la terre par bobine d'extinction d'arc, ce qui limite le courant de court-circuit au minimum et permet ainsi l'utilisation d'un blindage en ruban de cuivre. Les fabricants de câbles transforment les rubans de cuivre rigides achetés par refendage et recuit afin d'obtenir un allongement et une résistance à la traction optimaux (un ruban trop rigide risque de rayer la couche isolante, un ruban trop souple de se froisser) avant utilisation. Les rubans de cuivre souples doivent être conformes à la norme GB/T11091-2005 relative aux rubans de cuivre pour câbles.
Le blindage en ruban de cuivre doit être constitué d'une couche de ruban de cuivre souple se chevauchant ou de deux couches de ruban de cuivre souple enroulées en hélice avec des espaces. Le taux de chevauchement moyen du ruban de cuivre doit être de 15 % de sa largeur 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 monoconducteurs et d'au moins 0,10 mm pour les câbles multiconducteurs. L'épaisseur minimale du ruban de cuivre ne doit pas être inférieure à 90 % de la 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 en fil de cuivre est constitué de fils de cuivre souples enroulés en hélice, fixés par un enroulement en contre-hélice de fils ou de rubans de cuivre. 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. Le blindage en fil de cuivre peut être appliqué sur la gaine intérieure des câbles triphasés ou directement sur l'isolant, la couche de blindage semi-conductrice extérieure ou une gaine intérieure appropriée des câbles monoconducteurs. L'écart moyen entre les fils de cuivre adjacents ne doit pas dépasser 4 mm. L'écart moyen G est calculé à l'aide de la formule :
où:
D – diamètre de l’âme du câble sous le blindage en fil de cuivre, en mm ;
d – diamètre du fil de cuivre, en mm ;
n – nombre de fils de cuivre.
2. Rôle des couches de blindage et leur relation avec les niveaux de tension
(1) Rôle 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, des interstices, des bavures et autres irrégularités de surface peuvent apparaître entre le conducteur et la couche isolante, provoquant une concentration du champ électrique. Il en résulte des décharges d'air localisées et des arborescences de conducteurs, ainsi qu'une réduction des performances diélectriques. L'extrusion d'une couche de matériau semi-conducteur (blindage 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'interstices, aucune interaction de champ électrique ne se produit, empêchant ainsi les décharges partielles.
De même, des espaces subsistent entre la surface isolante extérieure et la gaine métallique (ou blindage métallique), et plus le niveau de tension est élevé, plus le risque de décharge dans l'air est important. En extrudant une couche semi-conductrice (blindage isolant) sur la surface isolante extérieure, on forme une surface équipotentielle extérieure avec la gaine métallique, ce qui élimine les champs électriques dans les espaces et empêche les décharges partielles.
(2) Rôle du blindage métallique
Les fonctions du blindage métallique comprennent : le transport du courant capacitif dans des conditions normales, le transport du courant de court-circuit en cas de défaut ; le confinement du champ électrique à l’intérieur de l’isolant (réduisant les interférences électromagnétiques externes) et la garantie d’un champ électrique radial uniforme ; le rôle de ligne neutre dans les systèmes triphasés à quatre fils pour transporter le courant déséquilibré ; et la protection radiale contre les infiltrations d’eau.
Date de publication : 28 juillet 2025