Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
C

câble électrique (suite)

Mais le papier imprégné est de plus en plus remplacé par les isolants synthétiques, qui se substituent aussi au caoutchouc vulcanisé pour distribuer l’énergie électrique jusque chez l’abonné. Le chlorure de polyvinyle, résine thermoplastique polymérisée, est utilisé pour les tensions jusqu’à 20 kV. Sa mise en œuvre est simple et rapide. Le polyéthylène, résultat de la polymérisation de l’éthylène, est utilisé sous gaine de polyvinyle. Le Butyl, produit de la polymérisation de l’isobutylène avec une faible proportion d’isoprène, permet, jusqu’à des tensions de 20 kV, de faire fonctionner les câbles à température plus élevée. Enfin la magnésie, placée autour du conducteur dans un tube de cuivre, supporte de hautes températures, sous réserve d’être protégée de l’air extérieur pour ne pas absorber son humidité.


Protections externes

Les câbles isolés au papier imprégné sont recouverts d’un tube métallique généralement en plomb, lequel est protégé contre les actions physico-chimiques par deux couches de feuillard d’acier de 0,4 à 0,8 mm d’épaisseur enroulées en sens inverse sur un matelas de fils de jute et recouvertes de ces mêmes fils de jute, mais ignifugés. Pour certaines utilisations, le feuillard est remplacé par des fils d’acier ronds, câblés jointifs, le fil de jute extérieur étant supprimé. Si la protection mécanique n’est pas indispensable, on supprime les feuillards ou les fils d’acier et l’on peut prévoir une couche de chlorure de polyvinyle. Pour les câbles isolés au polyéthylène ou au chlorure de polyvinyle, on dispose, à titre de protection externe, une gaine de chlorure de polyvinyle. Si le câble est isolé au Butyl, on utilise une gaine de néoprène.


Principaux types de câbles


Câbles de transport d’énergie

Les grandeurs qui les caractérisent sont choisies pour que la rigidité diélectrique de l’isolant soit toujours supérieure au gradient de potentiel du champ électrostatique, c’est-à-dire à la différence de potentiel électrique entre deux points distants de l’unité de longueur choisie. Aussi, afin de tenir compte des irrégularités de fabrication, on intercale, pour les hautes tensions, des surfaces équipotentielles dans l’épaisseur des isolants. La meilleure répartition du gradient de potentiel est obtenue lorsque le rapport du diamètre sur isolant D au diamètre sur conducteur d est sensiblement égal à 2,7. Ce gradient est maximal sur le conducteur. En courant alternatif à 50 Hz, on adopte de 2 à 15 kV/mm suivant la nature de l’isolant employé. En courant continu, on admet souvent des valeurs triples.

Pour un câble unipolaire dont le diamètre sur le conducteur est d et sur l’isolant D, la capacité par kilomètre C, exprimée en microfarads, a pour valeur

K étant la constante diélectrique de l’isolant, comprise pratiquement entre 2 et 8.

Pour un câble composé de deux conducteurs de diamètre d dont l’entraxe est a, le coefficient d’inductance par kilomètre L, exprimé en henrys, est

Dans le cas d’un câble tripolaire où les trois conducteurs sont au sommet d’un triangle équilatéral de côté a, on a, pour chaque conducteur :

La résistance électrique R est calculée en tenant compte d’une part de l’effet de peau, d’autre part de la longueur réelle des fils enroulés en hélice, supérieure de 2 à 5 p. 100 à la longueur linéique. L’impédance kilométrique apparente Z a pour valeur

expression dans laquelle R est la résistance électrique, L le coefficient d’inductance et ω la pulsation. Dans le cas d’un câble armé à trois conducteurs égaux et isolés au papier imprégné, pour une tension simple au moins égale à 45 kV, on peut retenir, comme valeur moyenne, en courant alternatif 50 Hz :
Cmoy. = 0,20 μF/km
(Lω)moy. = 0,13 Ω/mm.

La chute de tension le long du câble est une valeur importante qui doit être inférieure à un seuil donné pour que les appareils utilisés fonctionnent correctement. Pour une utilisation industrielle, on doit considérer la chute de tension d’une part pour l’intensité nominale, d’autre part pour l’intensité de pointe, par exemple pendant le démarrage d’un moteur.

Les câbles souterrains d’énergie unipolaires ne peuvent être recouverts d’une armure en métal magnétique, car il s’ensuivrait une perte d’énergie appréciable.

La gaine de plomb, quand elle est utilisée, est par ailleurs le siège de courants de Foucault, qui accroissent les pertes. Cet inconvénient ne se produit pas pour les câbles multipolaires, puisque le champ extérieur total dû à l’action des courants polyphasés est nul ; les pertes, dans ce type de câble, sont donc assez faibles.

Les câbles d’énergie sont soumis, à leur fabrication, à un vide poussé et à une imprégnation à chaud et sous pression d’une matière isolante qui se solidifie au refroidissement. Les vides qui se produisent, soit à l’imprégnation, soit ensuite sous l’effet des efforts mécaniques, conduisent à limiter à 4 500 volts par millimètre le gradient de potentiel au voisinage de l’âme centrale du câble. Cette contrainte détermine le volume extérieur du câble et impose des conditions d’emploi bien définies. Les tensions de service sont de l’ordre de 40 à 50 kV. Pour des tensions élevées, on est conduit à utiliser un isolant à huile fluide (type Pirelli). Pour un tel type de câble unipolaire, la tension de service peut atteindre 220 kV (gradient de 10 kV par mm). Enfin, des câbles spéciaux sous pression de gaz (azote) permettent d’atteindre en service des gradients de 8,5 kV/mm.


Câbles d’équipement à basse tension

Ces câbles sont destinés soit à des installations fixes, soit à des installations mobiles. Dans ce dernier cas, ils sont obligatoirement souples. Le cuivre est étamé lorsqu’il doit être isolé au caoutchouc ou au Butyl, pour éviter l’action nocive du cuivre sur le caoutchouc.


Câbles à paires symétriques

On appelle ainsi un ensemble de conducteurs métalliques, de structure filiforme, de diamètre de l’ordre du millimètre, rassemblés en torons. La transmission d’une information électrique nécessitant deux conducteurs, l’unité de base, dans la constitution des câbles, est la paire réalisée par deux fils métalliques isolés et torsadés régulièrement, d’où le nom de paire symétrique. Les paires sont à leur tour groupées par unité de sept formant un toron, ou amorce. Enfin, l’association d’un nombre plus ou moins important de torons forme un câble, emprisonné dans une enveloppe protectrice de constitution variable (plomb, matière plastique, feuillard d’acier) suivant les conditions d’utilisation (câble enterré, sous-marin, aérien). Les capacités des câbles sont très variables, depuis la paire élémentaire jusqu’aux grosses capacités, de l’ordre de 1 800 paires, des câbles de distribution téléphonique.