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Apr 18, 2023

Évolution des accessoires de câbles moyenne tension

Par Patrick O'Halloran, ingénieur en chef de la surveillance des conditions chez City Power,

Par Patrick O'Halloran, ingénieur en chef de la surveillance des conditions chez City Power, Johannesburg, Afrique du Sud

Les accessoires de câbles moyenne tension (MT) ont changé depuis que nos grands-pères ont terminé et joint les câbles il y a de nombreuses années, ayant évolué pour suivre le rythme des changements technologiques dans la conception des appareillages de commutation et des câbles. En Afrique du Sud, les principaux facteurs déterminants qui ont modifié les accessoires de câbles MT sont NRS 053/SABS 1332 et NRS 012/SANS 876 et l'introduction d'appareillages MT compacts. Cet article donne un aperçu de l'évolution des terminaisons de câbles MT et identifie les défis qui attendent l'industrie sud-africaine (résistance au changement, manque de compétences et incompréhension des nouvelles technologies).

Au début, les équipements électriques (appareillage de commutation et transformateurs) étaient conçus pour avoir des boîtes de câbles métalliques remplies de composés. Cette façon de terminer les câbles était techniquement bonne, sauf qu'elle était très difficile et dangereuse pour le personnel de terrain. Les câbles MT isolés au papier (PILC) à l'époque avaient une construction en ceinture et avaient des connexions de terre essuyées. Cela explique pourquoi les traversées des boîtiers de câbles à remplissage composé sont petites par rapport aux traversées de boîtiers de câbles à air que l'on trouve dans les appareillages de commutation à revêtement métallique et les transformateurs extérieurs.

Les boîtes de composés étaient remplies de nombreux composés différents, mais principalement un composé de coulée à chaud a été utilisé. Ce composé était difficile à gérer et dégageait des fumées nocives lorsqu'il était chauffé avant le coulage. Les boîtes remplies de composés étaient constituées d'un boîtier en métal, avec des bagues en porcelaine où les câbles sortaient de la boîte composée.

Certains inconvénients des boîtiers de câbles remplis de composé sont : un complément de composé est nécessaire pour assurer une bonne isolation (pas de vides d'air), de longs temps d'installation et des défaillances de boîtiers de câbles causent des dommages importants lorsqu'ils se rompent (un composé brûlant chaud peut être expulsé). Cependant, de nouvelles technologies de coulée à froid sont maintenant disponibles, qui sont respectueuses de l'environnement, sûres à installer et réinscriptibles.

Avec l'introduction des rubans, des terminaisons thermorétractables et plus tard rétractables à froid, les boîtes remplies de composés ont été remplacées au fil du temps par des terminaisons isolées à l'air. Ce type de terminaison de câble MT est utilisé par 95 % du marché sud-africain.

Des câbles isolés en papier blindé ont été introduits pour contrôler les contraintes électriques dans les conceptions de câbles, en particulier lorsque des tensions nominales de câble accrues étaient nécessaires. Actuellement, les câbles isolés en papier de conception ceinturée sont limités à 12 kV. Les câbles blindés isolés au papier sont normalement évalués jusqu'à 36 kV inclus selon SANS 97. La conception du câble blindé améliore les performances de terminaison des câbles MT, en particulier lorsque, dans les câbles à ceinture, la béquille est une zone à forte contrainte.

Le câble isolé au papier de conception de ceinture est plus susceptible d'avoir des défaillances de béquille que le câble isolé au papier de conception d'écran plus récent où toute la zone de béquille est blindée. Cela est dû à la résistivité des matériaux et à l'introduction d'air entre les conducteurs isolés non blindés. Reportez-vous à l'image 3 pour plus de détails sur les différences entre la ceinture et le câble blindé isolé au papier MT.

Des tubes spéciaux de contrôle des contraintes ont été conçus pour contrôler les contraintes électriques élevées au niveau de la coupure de l'écran dans les terminaisons de câbles MT isolées à l'air.

Avec l'introduction de l'air dans les boîtes à câbles, il faut maintenant tenir compte des lignes de fuite, du cheminement et de l'érosion, et des dégagements (phase à phase et phase à la terre). Ces considérations techniques doivent être correctes si une terminaison remplie d'air doit durer plus de 30 ans. Si des propriétés de ligne de fuite, de cheminement et d'érosion et des dégagements d'air inadéquats sont fournis, la terminaison du câble MT échouera prématurément. Les défaillances des terminaisons de câbles MT sont dangereuses et provoquent de longues interruptions de courant. L'image 5 montre une terminaison thermorétractable isolée à l'air typique de 11 kV avec des enveloppes de mastic et de ruban adhésif.

Les tendances du marché international (qui sont principalement des systèmes de 24 kV) ont exigé des appareillages de commutation de plus en plus petits. Cela équivaut à son tour à des jeux de barres et des boîtiers de câbles réduits. L'air a été le premier milieu isolant pour les jeux de barres. Celui-ci a été remplacé par de l'huile et avec l'introduction de l'isolation SF6, les jeux de barres ont pu être considérablement réduits. Cela a forcé la taille des décodeurs à réduire. Parallèlement aux boîtiers de câbles réduits, des dégagements réduits entre les phases et la phase à la terre ont été réduits. La réduction des dégagements a nécessité de nouvelles terminaisons de câbles MT.

Lorsque les fabricants d'appareillage de commutation ont conçu des boîtiers de câbles remplis d'air plus petits avec des dégagements réduits avec des câbles MT, les fabricants d'accessoires ont dû reconcevoir les traversées et les terminaisons de câbles MT pour rendre le boîtier de câbles et la terminaison de câble compatibles avec ces exigences de dégagement réduit.

En Afrique du Sud, l'industrie a standardisé une douille de type C 630A avec filetage M16. Cette traversée de type C se trouve sur tous les nouveaux appareillages isolés au SF6 qui ne sont actuellement utilisés que par les municipalités de City Power, Eskom et Ethekwini.

La douille de type C a permis aux utilisateurs finaux de passer des enveloppes traditionnelles de mastic et de ruban adhésif aux enveloppes entièrement isolées fabriquées en usine. Ces haubans sont installés de la même manière à chaque fois et garantissent que les câbles sont également terminés correctement sur les traversées de type C (voir Image 6). Il s'agit d'un produit conçu pour être utilisé sur les systèmes de câbles isolés en papier sud-africains.

Les câbles isolés au papier, qui sont sensibles à la pénétration d'humidité qui provoque une rupture de l'isolation, ont également été contraints de trouver d'autres conceptions de câbles. Avec l'introduction des câbles blindés XLPE, les terminaisons MT thermorétractables ont à nouveau évolué.

Au niveau international, il a été décidé de normaliser l'interface de câble et d'introduire également des terminaisons de câble blindées. Les terminaisons de câble MT blindées ne pouvaient être utilisées que sur des câbles MT XLPE et, une fois installées, éliminaient les problèmes de fuite, de cheminement, d'érosion et de dégagements rencontrés par la plupart des terminaisons de câble MT isolées à l'air. La terminologie « blindé » signifie mis à la terre. Une fois qu'une terminaison de câble est complètement blindée, elle peut être complètement immergée dans l'eau sans contournement. Eskom utilise des connecteurs blindés sur les systèmes 24 kV lorsqu'ils sont connectés dans le nouveau tableau compact. De plus, les services publics internes plus importants ont abandonné les câbles à 3 conducteurs et utilisent désormais des câbles isolés XLPE à conducteur unique. Ce n'est pas un changement facile à faire car tous les aspects électriques du réseau doivent être revus et le personnel doit être formé sur la façon d'installer et de terminer des câbles isolés XLPE unipolaires. Le marché sud-africain utilise principalement des conceptions de câbles à 3 conducteurs (voir Image 7) pour de nombreuses raisons.

L'image 8 montre une vue en coupe transversale d'un connecteur d'écran non extensible et d'une connexion de câble double dos à dos extensible. L'image montre également la conception internationale de mise à la terre, qui utilise des fils de cuivre au lieu d'un ruban de cuivre comme c'est actuellement le cas en Afrique du Sud. La conception du connecteur blindé contrôle la contrainte électrique du câble XLPE à travers la traversée de type C et dans l'appareillage de commutation. Étant donné que la surface du câble et du connecteur blindé est blindée, il n'y a pas de courant de fuite le long de la surface des connecteurs blindés. Avec ces connecteurs blindés installés dans le boîtier de câble, le boîtier de câble et tous les dégagements électriques peuvent être considérablement réduits. La durée de vie des terminaisons de câbles MT blindés est le double de la durée de vie prévue des terminaisons de câbles non blindés, en particulier avec des dégagements réduits à l'intérieur des nouveaux boîtiers de câbles réduits. Il n'est pas possible d'utiliser un connecteur blindé sur des câbles à isolation papier.

Pour éviter que des défaillances ne se produisent dans le compartiment des câbles MT, les normes nationales suivantes ont été publiées :

Ces normes ne sont pas encore obligatoires, laissant à l'utilisateur final le soin de les spécifier lors de l'achat de tout appareillage MT et accessoires de câbles MT. NRS 012 / SANS 876 couvre les exigences relatives aux terminaisons de câbles et aux conducteurs sous tension dans les enveloppes remplies d'air (coordination de l'isolement) pour les Tensions AC à partir de 7,2kV et jusqu'à 36kV inclus. Toutes les dimensions critiques sont données dans la norme pour les types de terminaison suivants :

Type 1 – NuType 2 – BlindéType 3 – Connecteurs séparables non blindésType 4 – Connecteurs séparables blindés à cône extérieurType 5 – Connecteurs séparables blindés à cône intérieur

Terminaison d'isolation blindée : terminaison isolée à l'air qui a une amélioration d'isolation locale supplémentaire, non blindée, généralement constituée d'une protection de douille ou d'un ruban adhésif avec un thermorétractable, un rétractable à froid ou un couvercle à enfiler approprié aux connexions des bornes. Terminaison de connecteur séparable non blindé (USC) : terminaison isolée dans l'air équipée de connecteurs séparables non blindés Terminaison de connecteur séparable blindé (SSC) : boîtier rempli d'air dans lequel les âmes du câble sont terminées par des connecteurs séparables blindés

– Âmes de câble terminées par un contrôle de contrainte adapté à la conception et à la tension du câble – L'air étant le seul moyen d'isolation pour les connexions des bornes – La distance minimale de tout métal nu sous tension (par exemple, traversée, isolateur de poteau, conducteur sous tension, cosse, raccord, etc.) à une phase adjacente ou à la terre déterminée par l'exigence de tension de tenue aux chocs

– Âmes de câble terminées par un contrôle de contrainte adapté à la conception et à la tension du câble – Amélioration de l'isolation locale non blindée au niveau des bornes de connexion – La distance minimale entre tout métal sous tension, blindé et non blindé (par exemple, les haubans et les âmes de câble) par rapport à une phase adjacente ou à la terre a été déterminée par fréquence industrielle (par exemple apparition et extinction de l'effet corona) et considérations de tension de tenue aux chocs

– Âmes de câble terminées par un contrôle de contrainte approprié à la conception et à la tension du câble – USC aux connexions des bornes – La distance minimale entre tout métal sous tension non blindé (par exemple, USC et âmes de câble) et une phase adjacente ou à la terre déterminée par la fréquence du secteur (par exemple, corona allumage et extinction) et considérations de tension de tenue aux chocs – Courant de fuite limité par la qualité de l'interface entre l'USC et la traversée – ajustement serré

–Dégagements déterminés par le dégagement mécanique requis pour installer les SSC dans le boîtier de câbles– Sans danger au toucher en raison de la mise à la terre de la surface– Courant de fuite limité par la qualité de l'interface entre le SSC et la traversée – ajustement serré– Notez que traditionnellement les câbles PILC ne pouvaient pas utiliser de SSC , noyaux en forme de secteur ou écran à noyau lâche

Il est également important de s'assurer que les boîtes de câble de taille correcte sont fournies, car presque tous les câbles MT installés sont à 3 conducteurs, donc de l'espace est nécessaire.

Au fur et à mesure que les technologies se sont améliorées avec les câbles blindés, l'utilisation de transformateurs de courant basse tension a été utilisée dans les boîtiers de câbles MT pour les applications de mesure et de protection. Il est essentiel que ces transformateurs de courant basse tension soient installés dans une zone blindée, sinon une décharge peut se produire si les dégagements d'air ne sont pas adéquats.

Les dimensions du haut du transformateur de courant basse tension au courant de blindage sont couvertes par les dimensions des terminaisons de type 2 (blindé) et de type 3 (connecteurs séparables non blindés).

Tous les accessoires de câbles MT doivent être conformes aux exigences de la norme NRS 053 qui couvre les gammes d'accessoires ; les exigences de résiliation ; longueurs de queue ; intérieur, extérieur et trifurcatif ; enveloppé, USC et SSC ; exigences de mise à la terre ; exigences communes; manchons de réparation et embouts; exigences d'essai de type ; gamme d'approbations ; emballage et documentation.

Défis à venir pour le marché sud-africain Dans le passé, tous les accessoires de câbles MT et la pose de câbles étaient réalisés en interne par les services publics d'électricité. Avec la privatisation et la perte de main-d'œuvre qualifiée, presque tous les accessoires de câbles MT sont désormais réalisés par des sous-traitants.

Lors du câblage d'une maison ou d'une usine basse tension, l'électricien est tenu par le ministère du Travail d'avoir une licence de câbleur valide (SANS 10142-1). Il n'en va pas de même pour les terminaisons de câble MT où la tension du câble atteint 36 kV. Il n'existe aucune norme nationale pour la terminaison des câbles MT ; et par conséquent, aucune formation formalisée n'est offerte au niveau national pour la compétence essentielle requise par les assembleurs qui travaillent sur ces systèmes de câbles MT. Avec la perte de compétences en Afrique du Sud, il est essentiel qu'une licence de câbleur MT pour les accessoires de câbles MT et la pose de câbles assure la qualité de l'approvisionnement.

Le groupe de travail sur les câbles TC66 de STANSA révise actuellement SANS 10198 Parties 1-14. Cette norme nationale doit devenir le contenu du cours pour une licence de câbleur MT et facilitera la disponibilité des compétences adéquates lorsqu'il est obligatoire pour les assembleurs d'avoir une licence de câbleur MT pour effectuer des accessoires de câbles MT et poser des câbles. La formation biannuelle des raccordeurs d'accessoires de câbles MT est indispensable pour s'assurer que les accessoires de câbles MT sont correctement réalisés du premier coup.

La qualité du matériau des accessoires de câble MT est également un élément essentiel pour garantir que l'accessoire de câble MT dure les 30 ans prévus, car beaucoup de choses peuvent se produire avec les équipements électriques pendant cette période. NRS 053 couvre les exigences techniques pour les accessoires de câble MT en Afrique du Sud, spécifiant les tests de type auxquels un accessoire de câble MT doit résister.

Il est également important de revoir les antécédents des accessoires de câble MT avant d'acheter un accessoire de câble MT. Tous les appareillages de commutation MT doivent être conformes aux exigences de la norme NR 012 / SANS 876, pour garantir que des dégagements d'air et des paramètres électriques adéquats sont fournis, afin que les raccordeurs puissent installer correctement les terminaisons de qualité.

Les accessoires de câbles MT ont définitivement évolué au fil des années. Lors de la spécification d'un accessoire de câble, il est important qu'il s'agisse du bon accessoire de câble MT pour l'appareillage et le câble à installer. Il est également important de demander des rapports de test de type de conformité à NRS 053/SABS 1332. Si aucun test de type de conformité n'est disponible, comment sauriez-vous que le produit est testé pour toutes les conditions auxquelles il peut être exposé pendant sa durée de vie prévue de 30 ans cycle?

La formation du personnel doit être au centre de tous les utilisateurs finaux et sous-traitants qui réalisent quotidiennement des accessoires de câbles MT. Des formations sont proposées par les fournisseurs réputés d'accessoires de câbles MT et sont recommandées même aux assembleurs expérimentés qui s'estiment déjà compétents.

Tous les appareillages MT doivent être conformes aux exigences de NRS 012 / SANS 876.

Enfin, il existe une pression considérable pour changer ce que le reste du monde utilise. Cependant, nous devons revoir les raisons pour lesquelles le reste du monde fait la promotion de ses nouvelles technologies. Est-ce à cause de la conception des câbles, des niveaux de tension ou de la conception des appareillages ?

Les nouvelles technologies sont conçues pour résoudre les problèmes actuels, réduire les risques pour la sécurité, répondre aux exigences environnementales et nous faciliter la vie.

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