Où se situent ces couches
Un câble basse tension peut passer directement du conducteur à l'isolant puis à la gaine. Un câble moyenne tension selon IEC 60502-2 ne le peut pas, car la contrainte électrique dans son isolant est bien plus élevée. La construction de référence de notre page câbles d'énergie MT, un câble 8,7/15 kV Cu/XLPE/CTS/PVC 3x95 mm2 issu du catalogue d'une usine partenaire, montre l'ordre normalisé de chaque âme :
- Conducteur en cuivre rétreint.
- Écran sur conducteur : une couche semi-conductrice extrudée directement sur le conducteur.
- Isolant XLPE, 4,5 mm sur le modèle de référence.
- Écran sur isolant : une couche semi-conductrice extrudée sur l'isolant.
- Écran en ruban de cuivre, la couche métallique mise à la terre.
Les trois âmes sont ensuite assemblées avec des bourrages et un ruban de maintien sous une gaine PVC, d'environ 61 mm hors tout sur le modèle de référence. Les deux couches semi-conductrices sont l'objet de cet article. Elles sont faites de mélanges chargés en noir de carbone ; elles conduisent donc, mais bien moins qu'un métal, d'où le terme « semi-conductrices ». Elles ajoutent peu au diamètre et au poids, mais c'est là que se joue l'essentiel de l'ingénierie électrique d'un câble MT.
Le rôle de l'écran sur conducteur
Un conducteur câblé n'est pas un cylindre lisse. Même un conducteur rétreint présente de petites arêtes à la jonction des fils. Si le XLPE était extrudé directement dessus, le champ électrique se concentrerait sur chaque arête et chaque minuscule vide entre brin et isolant. En moyenne tension, ces concentrations suffisent à ioniser l'air dans des vides microscopiques, ce qui constitue des décharges partielles, et les décharges partielles érodent lentement l'isolant.
L'écran sur conducteur comble les arêtes et présente à l'isolant une surface lisse, ronde et conductrice. Comme il est au potentiel du conducteur et lié au XLPE sans vide, le champ part d'une surface lisse et se répartit uniformément dans l'isolant. Les conducteurs rétreints, traités dans l'article sur les conducteurs rétreints, aident encore en réduisant les vides que l'écran doit combler.
Le rôle de l'écran sur isolant
À l'extérieur de l'isolant, le même problème se pose à l'inverse. L'écran métallique est un ruban ou des fils, qui ne peuvent pas épouser parfaitement la surface du XLPE. L'écran sur isolant donne à l'extérieur de l'isolant une surface conductrice lisse et continue, maintenue au potentiel de terre par l'écran métallique qui le recouvre. Le champ est alors confiné entre deux surfaces conductrices lisses et concentriques, la géométrie idéale pour un câble.
L'écran sur isolant compte aussi aux jonctions et aux extrémités. Les monteurs le coupent en retrait jusqu'à un point précis et y ajoutent une répartition de contrainte, car l'extrémité de l'écran est l'endroit où le champ quitte la géométrie maîtrisée du câble. Les écrans sur isolant sont soit adhérents à l'isolant, soit pelables, ce qui facilite la préparation sur chantier ; le type doit correspondre aux accessoires utilisés par le projet et être indiqué sur la fiche technique.
Comment se manifestent les problèmes de qualité
| Défaut | Effet | Moyen de détection |
|---|---|---|
| Protubérance de mélange semi-conducteur dans le XLPE | Concentration locale du champ | Essai de décharges partielles ; examen de tranches sur prélèvement |
| Vide ou lame d'air à l'interface écran-isolant | Décharges partielles dans le vide | Essai de décharges partielles selon IEC 60885-3 |
| Contamination de l'isolant | Point faible sous contrainte | Essais de décharges partielles et de tension ; maîtrise des mélanges et du procédé |
| Épaisseur d'isolant irrégulière (excentricité) | Contrainte plus forte du côté mince | Mesure de l'épaisseur d'isolant sur échantillons |
| Type d'écran inadapté aux accessoires | Jonctionnement difficile ; défauts sur site | Vérification de la fiche technique avant commande |
Les lignes MT modernes extrudent couramment l'écran sur conducteur, l'isolant et l'écran sur isolant ensemble en un seul passage, afin que les interfaces se forment sans contamination ni air. Une usine qui applique les couches en passages séparés, ou qui manipule mal les mélanges, risque davantage de laisser des défauts d'interface. Le bureau examine la ligne d'extrusion et de réticulation, le stockage des mélanges et les pratiques de salle propre lors de l'audit d'usine.
Certains défauts ne se révèlent que des années plus tard. Une petite protubérance ou un contaminant qui passe les essais en usine peut devenir le point de départ d'une dégradation lente en service, surtout là où l'humidité atteint l'isolant. En terrain humide, le XLPE sous contrainte électrique peut développer des arborescences dites « water trees », de fins cheminements ramifiés qui partent des défauts et affaiblissent l'isolant avec le temps. Des interfaces semi-conductrices propres réduisent le nombre de points de départ et, lorsqu'un projet prévoit une pose en milieu humide, les spécifications ajoutent souvent une barrière d'étanchéité longitudinale ou radiale sous la gaine. C'est un choix de construction qui revient au concepteur, traité dans l'article sur l'étanchéité des câbles ; les couches semi-conductrices elles-mêmes n'arrêtent pas l'eau.
Les essais individuels qui valident ces couches
Selon l'IEC 60502-2, chaque touret MT fini subit des essais individuels. Deux sont directement liés aux couches semi-conductrices :
- Essai de décharges partielles : mesuré selon IEC 60885-3, avec une sensibilité couramment spécifiée de 10 pC ou mieux à 1,73 U0. Un relevé propre montre que les écrans et l'isolant sont exempts de vides et de protubérances significatifs.
- Essai de tension : 3,5 U0 pendant 5 minutes selon les essais individuels de l'IEC 60502-2. Il confirme que l'isolant supporte une surtension sans claquage.
Les essais sur prélèvement vérifient ensuite l'épaisseur d'isolant, l'excentricité et, pour le XLPE, l'essai d'allongement à chaud qui contrôle la réticulation, tandis que le rapport d'essai de type couvre des essais électriques et de vieillissement plus longs pour la construction. L'article sur l'essai de décharges partielles explique comment la mesure est réalisée et lue, et la page essais et inspection liste ce que le bureau recueille par touret.
S'approvisionner en câble MT en tenant compte de ces couches
Les classes de tension de l'IEC 60502-2 vont de 3,6/6 kV à 18/30 kV. Le catalogue d'usine partenaire derrière notre page MT couvre les classes jusqu'à 8,7/15 kV ; les classes supérieures sont confiées à des usines disposant des lignes d'extrusion, des cabines d'essai blindées et des rapports d'essais de type correspondants. Pour toute commande MT, le bureau confirme :
- Classe de tension et construction : conducteur, écran sur conducteur, épaisseur de XLPE, type d'écran sur isolant (adhérent ou pelable), écran métallique et gaine.
- Couverture des essais de type : un rapport couvrant la même classe de tension et une plage de sections comparable.
- Relevés individuels par touret : décharges partielles, essai de tension et résistance du conducteur.
- Accessoires : que les jonctions et extrémités spécifiées pour le projet conviennent au type d'écran et aux dimensions du câble.
Le délai MT dépend de la réservation du cuivre, des créneaux d'extrusion et des essais individuels, et il est confirmé par écrit pour chaque commande ; voir la page MOQ et délais. Envoyez le carnet de câbles MT via le formulaire de devis en joignant les plans ou la spécification de câbles du client.