FILS ET CABLES

 

A partir de 1820 des câbles isolés à la soie naturelle sont utilisés pour la télégraphie
mais les  fils électriques aériens sont montés sur des isolateurs en bois ou en porcelaine. Les fils sous-terrain sont placés dans des caniveaux remplis de bitume oubien les fils électriques sont entourés de jute asphalté dans un tube métallique

En 1834 Sir William Montgomerie chirurgien envoie de Singapour un échantillon de Gutta-Percha à la Royal society de Londres. Il s'agit d'une gomme extraite de certain arbres tropicaux. Cette gomme isolante est malléable à 100 °c et reprend à froid la consistance du cuir.

La Gutta-percha

Dés 1840 , des fils isolés à la gutta percha sont fabriqué pour les fils télégraphiques
Suite à une conversation entre Faraday et Siemens, le frère de ce dernier fut le premier à fabriquer des câbles télégraphiques isolés . En 1847 il produisit 5000 km de fil.
De nombreux câbles sous marins isolés à la gutta-percha furent construits depuis 1850 jusqu'en 1930. Le premier câble transatlantique fut posé en 1868 et le transpacifique en 1902

Le Plomb

La gutta-percha ne possédait pas des caractéristiques mécaniques suffisantes pour les câbles aériens. En 1879 l'ingénieur Suisse Borel ( à droite sur la photo ci dessous) met au point une presse qui permet de rétreindre une enveloppe de plomb sur le câble isolé

 
Comme la plupart des illustrations de cette fiche, ces images sont tirées du site: http:// www.rte-france.com/webapp/100ansparis/index.html

 

Le caoutchouc est connu depuis 1839 mais il est cher

En 1890 des câbles 3000 volts conçus par Borel isolés au jute imprégné de paraffine et de colophane sont posés à Paris. La même technique sera employée par Siemens pour réaliser un câble 2000 volts posé à Rome et à Milan en 1886

Le papier imprégné

En 1890 apparait le papier imprégnés, Ferranti réalise un câble 10 000volts de 40km de long par tronçons de 6 mètres. Du papier imprégné est enroulé autour du conducteur le tout placé à l'intérieur d'un tube d'acier rempli de bitume ,

 

 

Les câbles dans le monde  

En 1893 aux Etats Unis  apparait le câble isolé au papier imprégné de matière visqueuse , le papier est enroulé en hélice sous gaine de plomb. Les conducteurs sont en cuivre mais l'aluminium commence son apparition.

En 1897 un câble 13 kV isolé au caoutchouc est posé à Minneapolis et en 1900 c'est un câble de 25 kV isolé au caoutchouc est essayé dans le Minnesota puis posé en 1902 à Montréal

Le papier imprégné est utilisé en Allemagne dans un câble 60kV  et 50kV à Barcelone

Les câbles haute tension sont surtout utilisés pour les liaisons sous-marines :
1954 liaison en Suède 100kV 20MW
1961 liaison France-Angleterre 100kV 160MW
1969 Vancouver 3 câbles 300kV 500MW
1977 liaison Norvège-Suède 2 câbles 250 kV 500 MW immergés à 550 mètres de profondeur

Les câbles Haute Tension à Paris

1889 - 1907 Paris -Début de l'électrification
1907 - 1920 La Compagnie Parisienne de Distribution d'Electricité (CPDE) regroupe les 6 concessionnaires
1922              Construction de la centrale de Gennevilliers
1924              Construction de la centrale d'Ivry
1930              A partir de 1922 réalisation à Paris d'une alimentation 63kV par câble sous-terrain en 1930 Paris est connecté
1936              Début de câblage sous-terrain 225 000 Volts comme le ¨^aclage 63kV le câblage 225kV est une première mondiale
1946              Le secteur énergie est nationalisé la CPDE devient CDPE
1960              Pour palier à la défection de poste de distribution le câblage 225kV par câble sous-terrain entre dans Paris

Evolution de la distribution électrique

1910 La tension de fonctionnement des câbles atteint 15 kV puis 30 kV, à la fin de la première guerre mondiale la tension passe à 63 kV

Les cycle échauffement refroidissement des câbles soumet ceux-ci à des variations de dilatation entraînant des déformations permanentes. Des cavités se créent qui se remplissent d'air. Sous l'effet du champ électrique important, l'air se ionise entraînant des claquages locaux et la détérioration du câble

1917 L'ingénieur italien Emmanuelli de la société Pirelli brevète le câble à huile fluide, en 1933 deux liaisons 63kV sont réalisées avec ce type de câble en région parisienne. La section du conducteur est de 350 mm2 et l'isolant à une épaisseur de 9mm. Ces liaisons ont été retirées en 2004

1930 les câbles 63kV à partir de 1930 se perfectionnent les sections conductrices passent à 780 mm2 pour une puissance de 100 MVA, puis à 1000mm2 pour 140 MVA.

 En 1948 les câbles à huile fluide admettent des tensions de 225 kV , l'épaisseur de l'isolant passe de 24 mm à 21.

1938 Le polyéthylène est mis au point en Angleterre, il présente des avantage mais également des inconvénients , sensible à l'oxydation, il permet la diffusion d'autre matériaux en son sein et se fissure sous contrainte, en outre il a un coefficient de dilatation thermique important et cristallise à 105 °C

1963 Le premier câble au polyéthylène basse densité (PEBD) 63kV est mis en service , deux longueurs de 100m d'une section de de 340 mm2. En 1969 c'est un câble PEBD 225 kV qui est installé , il a une âme de cuivre de 360mm2 un isolant de 24mm d'épaisseur et permet la fourniture d'une puissance de 200 MVA. Ces câbles doivent travailler à une température inférieure à 70 °C

Le polyéthylène réticulé a été mis au point dans les années 50, c'est une innovation majeure. Il s'agit d'un procédé chimique qui agit sur la structure interne du matériau et qui permet d'améliorer ses caractéristiques et notamment sa résistance aux hautes températures.


1 - âme conductrice 4 - écran semi-conducteur sur isolant
2 - écran semi-conducteur 5 - écran métallique
3 - enveloppe isolante 6 - gaine de protection extérieure

 

 

L'huile

L'étape suivante est atteinte en utilisant de l'huile fusible dans les câbles précédents les cycles d'échauffement et refroidissement provoquent des dilatations et rétractations qui entraînent une limite de 4 à 5 kV par mm et des températures admissible de 50 à 60 °c. Le câble à huile fluide permet des gradients de tension de 9,5kV/mm. Un câble de ce type est installé en région parisienne depuis 1936
En France un câble 750 kV a été expérimenté en 1965 et en 1980 les Italiens ont expérimenté un câble 1 100 kV et 3 000 MVA

Les cycle échauffement refroidissement des câbles soumet ceux-ci à des variations de dilatation entraînant des déformations permanentes. Des cavités se créent qui se remplissent d'air. Sous l'effet du champ électrique important, l'air se ionise entraînant des claquages locaux et la détérioration du câble

Claquage d'un câble oléostatique 225 000 volts

1917 L'ingénieur italien Emmanuelli de la société Pirelli brevète le câble à huile fluide, en 1933 deux liaisons 63kV sont réalisées avec ce type de câble en région parisienne. La section du conducteur est de 350 mm2 et l'isolant à une épaisseur de 9mm. Ces liaisons ont été retirées en 2004

Le PVC

Connu depuis 1835 , redécouvert en 1872  ce n'est qu'en 1926 qu'une méthode de plastification a été mise au point et que le PVC commença à être utilisé. Le polychlorure de vinyle (PVC) est un matériaux obtenu en faisant réagir de l'éthylène avec de l'acide chlorhydrique en présence d'oxygène. L'éthylène est obtenu à partir du pétrole. Convenablement chargé, plastifié et stabilisé, il constitue un isolant utilisable en câblerie.
Un premier câble a été posé en Allemagne en 1944 mais c'est en 1950 que des réalisations voient le jour en basse et moyenne tension de 15 à 30 kV. Mais les caractéristiques électriques sont dépendantes de la température aussi il est limité dans son emploi à des tensions inférieures à 10 kV. Il est employé actuellement aux usages domestiques notamment

Le PVC réticulé

Le polyéthylène réticulé a été mis au point dans les années 50, c'est une innovation majeure. Il s'agit d'un procédé chimique qui agit sur la structure interne du matériau et qui permet d'améliorer ses caractéristiques et notamment sa résistance aux hautes températures

Les câbles au  PVC réticulé font leur apparition dans la haute tension en 1962 où un câble de 77 kV est fabriqué au Japon
En 1973 un câble 145 kV avec une âme en aluminium de 500 mm2 est fabriqué en Suède
Vers 1975 une nouvelle technique de réticulation est mise au point par la société américaine Dow Corning
En 1978 sont construits des câbles 275 kV avec un isolant de 27mm et installés au Japon
 

Les fils de bobinages: (voir la fiche de George Jacobs inventeur de l'émaillage)

Les fils de bobinage sont classés notamment en fonction de la température à laquelle ils peuvent travailler

En général, les conducteurs sont en Cuivre et l'isolant qui les recouvre est un émail , on trouve de l'émail polyester résistant à des températures de 180 et même 200 °C (société IDE)
On peut cependant trouver notamment des fils isolés à la céramique pour des appareils tels que des moteurs travaillant en milieux difficiles pouvant être utilisés à 500°C en permanence et 1000 °C en pointe mais en très basse tension , la tension d'essai est de 170Volts. La température de fusion du cuivre étant 1082 °C , pour les fils très haute température, les conducteurs peuvent être en Nickel dont la température de fusion est de 1453°C ou en alliages diverses.

Email Classe de température Thermoplasticité jusqu'à   Usages
Aceto formal de polyvinyl "FORMVAR" Classe 120°C   Souple Adhérence cuivre
Polyuréthanne (PUR) Classe 130 à 155 °C     Fils fins 0,02 à 2mm
Polyesterimide (PEI) Classe 180°C 250°C   Fils de 0,03 à 0,8mm
Polyester (PES au THEIC) Classe 200°C 340°C Généralement en sous couche Fils de 0,5 à 5mm
Polyesterimide (PEI au THEIC) Classe 200°C 320°C Généralement en sous couche Fils de 0,1 à 5mm
Polyamide-imide  (PAI) Classe 220°C 400°C Surcouche Fils de 0,1 à 5mm
Polyimide (PI) Classe 240°C 500°C    

Ces informations ont été empruntées à la Thèse de Fabrice Aymonino - 03-12-2008 - Université de Toulouse III

http://thesesups.ups-tlse.fr/442/1/Aymonino_Fabrice.pdf

Les câbles haute température

On pourra distinguer dans ce domaine deux gammes , la haute température 200 à 400°C et la très haute température jusqu'à 1000 °C et plus.
La société Les Isolants de l'Est (IDE)  propose des fils pouvant supporter des températures de 200°C:
-  âme nickel , plusieurs guipages en verre imprégnés silicone, tresse en fibre minérale siliconée supporte 450 °C
-  la série Siliflam THS

Les câble haute tension

Un câble haute tension est constitué d'une âme conductrice recouverte d'un isolant. Deux écrans «semi-conducteurs» sont situés de part et d'autre de l'isolant. Ils ont pour rôle d'uniformiser le champ électrique et d'effacer les irrégularités de surface. Le moindre défaut se situant à l'interface entre l'écran «semi-conducteur» et l'isolant peut être à l'origine d'un renforcement de champ électrique et conduire au claquage de l'isolant.
 

 

Numéro de la Fiche 62
Dernière mise à jour 29-01-2016