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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                   Folio 10.1




Les lignes et les câbles électriques


                                              Par

                                Patrick LAGONOTTE
                                    Maître de Conférences
                                    Université de Poitiers

                                http://krimo666.mylivepage.com/
Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                         Folio 10.2

10.2 La modélisation des lignes et des câbles électriques
 L’équation analytique exacte des lignes et des câbles électriques
 Les lignes électriques et les câbles sont des systèmes à constantes réparties, c'est à dire que les grandeurs
 physiques (résistances, inductances, capacités) sont réparties sur toute la longueur de la ligne et ne sont donc
 pas localisées.


                                                                           δi
                 i                                                    i+      dx        Équations aux dérivées
                                                                           δx
                                                                                        partielles de la ligne à
                       r.dx                      l.dx
                                                                                         constantes réparties
                                                                              δv
             v                c.dx                      g.dx           v+        dx             δv          δi
                                                                              δx            −      = ri + l          (1)
                                                                                                δx          δt
                                                                                                δi          δv
                                                                                            −      = gv + c
                                                                                                δx          δt
                                           dx


                                                        Avec :

                               r : Résistance longitudinale par unité de longueur.
                               l : L’inductance longitudinale par unité de longueur.
                               c : La capacité transversale par unité de longueur.
                               g : La conductance transversale par unité de longueur.
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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                                                      Folio 10.3

 10.2 La modélisation des lignes et des câbles électriques

                                                                                                   = (r + jlω )I ( x )                         = (g + jcω )V ( x )
                                                                                          dV ( x )                                    dI ( x )
Dans le cas où la tension et le courant sont sinusoïdaux les                          −                                           −
                                                                                           dx                                          dx
équations (1) deviennent :


Si nous notons Zl l'impédance longitudinale par unité de                                dV ( x)                                       dI ( x)
longueur, et Yt l'admittance transversale par unité de                              −           = Z l .I ( x )                    −           = Yt .V ( x)
                                                                                         dx                                            dx
longueur, les équations (2) deviennent :



Par séparation des variables, nous obtenons deux équations                            d 2V ( x)                                   d 2 I ( x)
                                                                                                = Z l .Yt .V ( x)                            = Z l .Yt .I ( x)
différentielles du second ordre indépendantes :                                         dx 2                                        dx 2

Notons maintenant Zw l'impédance caractéristique
           et         γ la constante de propagation
définies par les expressions suivantes :

                       r + jlω
                Zω =           =
                                     Zl
                                           unité = Ω                           γω =       (r + jlω )(g + jcω ) =         Zl .Yt   unité m -1
                       g + jcω       Yt


Les deux équations différentielles indépendantes (2) deviennent alors :

                                   d 2V ( x)                                d 2 I ( x)
                                        2
                                             = γ 2V ( x)                           2
                                                                                       = γ 2 I ( x)
                                     dx                                       dx
                                                    http://krimo666.mylivepage.com/
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10.2 La modélisation des lignes et des câbles électriques

Ces équations différentielles s'intègrent en donnant un système d'équations couplées :
                                             cosh(γx) − Z 0 sinh(γx) 
                                V ( x)  
                                           = −1                        V (0) 
                                 I ( x)   sinh(γx)
                                                       cosh(γx)   I (0) 
                                                                              
                                             Z0                      


En inversant cette dernière équation, nous obtenons une matrice où tous les termes sont positifs,
appelée également matrice de transfert du quadripôle.
                                             cosh(γx) Z 0 sinh(γx)
                                V (0)                            V ( x)  Α B  V ( x) 
                                 I (0)  =  sinh(γx) cosh(γx)   I ( x)  = C D   I ( x) 
                                              1
                                                                                        
                                             Z0                   

Considérons le modèle en Π de la figure ci-dessous.                         V ( x) = V (0) − Z s (I (0) − Y1.V (0) )
                                                                            
Les équations qui correspondent à ce montage sont :                          I ( x) = I (0) − Y1.V (0) − Y2 .V (0)

                                                                            V ( x) = V (0).(1 − Z sY1 ) − Z s .I (0)
                                                                            
                                                                             I ( x ) = I (0).(1 − Z s .Y2 ) − (Y1 + Y2 + Z s .Y1.Y2 )V (0)
                                                       Soit :


                                                                                           cosh(γx) − Z 0 sinh(γx)
En identifiant les termes à la solution analytique de l'équation :           V ( x)                              V (0)
                                                                                            −1
                                                                              I ( x)  =  sinh(γx)   cosh(γx)   I (0) 
                                  Z = Zω . sinh (γ .x )                             
                                                                                           Z0                     
                                                                                                                          
nous obtenons que :               
                                             1           γ .x 
                                  Y1 = Y2 = Z tanh 2 
                                              ω               

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10.2 La modélisation des lignes et des câbles électriques
Ce qui correspond au schéma en Π de la figure ci-dessous.
Mais les valeurs complexes de ces éléments varient en fonction de la fréquence.

                                  I(0)                                    I(x)                           Avec :
                                                       Z(ω)
                                                                                               Z( ω ) = Z ω .sinh( γ . x)
                              V(0)        Y1(ω)                 Y2(ω)            V(x)
                                                                                                                        1        γ. x
                                                                                               Y1 ( ω ) = Y2 ( ω ) =      . tanh     
                                                                                                                       Zω        2 
                                         Y1.V(0)                Y2.V(x)




Si on ne tient pas compte de la propagation (lignes courtes et avec des déphasages faibles),
nous pouvons simplifier les formules hyperboliques et faire l'approximation suivante :

                       I(0)                                                             I(x)

                                             R            jLω
                    V(0)      2            2                     2                 2           V(x)
                              G                                                    G
                                          jCω                   jCω




 Avec R, L, C et G, les caractéristiques physiques des lignes et des câbles électriques H.T.


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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                              Folio 10.6

10.2 La modélisation des lignes et des câbles électriques


Repartons du schéma simplifié H.T d’une ligne électrique présenté ci-dessous :

                           I(0)                                               I(x)

                                           R         jLω
                     V(0)         2      2                  2            2           V(x)
                                  G                                      G
                                        jCω                jCω




En Basse-Tension, il n’est pas nécessaire dans les modèles de câbles de tenir compte de la capacité linéique et
des pertes diélectriques (Faible niveau de tension, faible champ électrique et faible contrainte diélectrique),
nous pouvons simplifier le schéma précédent et aboutir au modèle classique des câbles Basse-Tension :
                       I(0)                                                  I(x)

                                          R        jLω
                    V(0)                                                            V(x)




 Avec R, L les caractéristiques physiques des câbles électriques B.T.

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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                 Folio 10.7

 10.3 La résistance des lignes et des câbles électriques

                                                        ρ.l
                                                 R=
                                                         s
               R : la résistance électrique en ohm ;         ρ : la résistivité électrique en Ω.mm2/km ;
               l : la longueur du câble en km ;              s : la section du câble en mm2 .



             âme cuivre                          âme aluminium                      âme aluminium armée




                                Cuivre :                                      Aluminium :
Masse volumique :               ρ          = 8,8 kg/dm3                       ρ        = 2,6 kg/dm3
Résistivité électrique :        rcu        = 21,983 Ω.mm2/km à 90°C           ral      = 36,232 Ω.mm2/km à 90°C
Conductivité thermique :        λ          = 384 W/(m.K)                      λ        = 204 W/(m.K)
Capacité thermique massique :   Cth        = 0,394 kJ/(kg.K)                  Cth      = 0,879 kJ/(kg.K)
Coefficient de dilatation :     α          = 16,5.10-6 1/K                    α        = 23,8.10-6 1/K
Température de fusion :         Tf         = 1083°C                            Tf      = 658°C


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10.3 L’inductance des lignes et des câbles électriques

Calcul du champ d’induction magnétique                                       Théorème d’Ampère :       ∫ H.∂l = ∑ i
Le champ d’induction à l’intérieur du conducteur :                           Le champ d’induction à l’extérieur du conducteur :
                                   x                                                                         I
          B=µ H =µ .                   I                                                 B=µ H =µ .
                                 2π. r                                                                     2 π. x
                   0         0         2                                                      0        0



                                               Densité du champ d'induction




                        r                                        d                                     r

                                                        d            µ .I  d 
Le flux entre les deux conducteurs :                Φ = ∫ B( x ).∂x = 0 ln 
                                                        r             2π  r

                                                                  µ .I  d          2
                                                                                                                      µ
Les énergies électromagnétiques :
                                          1
                                       W = .Ι.Φ               W =     ln       0                         W =         0
                                                                                                                         I   2


                                                                   4π  r                                           16π
                                                                                                             1 int
                                                                     1 ext
                                          2

                                                      µ .I  1
                                                             2
                                                                  d 1
L’énergie électromagnétique totale :                =       + ln   = L. I
                                                                                                  2
                                           W             0
                                           totale
                                                       2π  4     r  2
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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                           Folio 10.9

 10.3 L’inductance des lignes et des câbles électriques

                                                       µ 1          d 
L’inductance totale du circuit :        L            =    0
                                                               + ln  
                                                                    
                                            totale
                                                       π 4         r 
                                                       µ  1          1  1       1          1 
                                        L            =     0
                                                               + ln   +  + ln   − 2.ln  
                                                                                           
                                                       2 π  4
                                                                     r  4     r        d 
                                            totale




            µ 1        1                                   µ0  1      1                        − µ0       1 
    L =        0
                  + ln                           L2 =            + ln               M 12 =           2.ln  
       1
            2. π  4    r                                   2. π  4    r                        2. π       d

Cas pratiques :

                   Liaison Monophasée                     Liaison Triphasée en             Liaison Triphasée en
                                                                triangle                          nappe
                           d                                                                   d          d
                                                               d            d
                                                                   dm = d
                        dm = d                                                                d m = d.3 2
                                                                     d                        d m = 1,2 6. d


                                                  d 
                                    L = 0,05 + ln m  
                                                                               en µH/m
                                                  r 
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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                  Folio 10.10

10.3 L’inductance des lignes et des câbles électriques


                       Câbles Unipolaires                 Câbles Bipolaires   Câbles Tripolaires
   Section             R à 80°C   X                       R à 80°C   X        R à 80°C   X
   (mm²)               Ω.km     Ω.km                      Ω.km     Ω.km       Ω.km     Ω.km

   1                   22,1      0,176                    22,5     0,125      22,5     0,125
   1,5                 14,8      0,168                    15,1     0,118      15,1     0,118
   2,5                 8,91      0,155                    9,08     0,109      9,08     0,109
   4                   5,57      0,143                    5,68     0,101      5,68     0,101
   6                   3,71      0,135                    3,78     0,0955     3,78     0,0955
   10                  2,24      0,119                    2,27     0,0861     2,27     0,0861
   16                  1,41      0,112                    1,43     0,0817     1,43     0,0817
   25                  0,889     0,106                    0,907    0,0813     0,907    0,0813
   35                  0,641     0,101                    0,654    0,0783     0,654    0,0783
   50                  0,473     0,101                    0,483    0,0779     0,483    0,0779
   70                  0,328     0,0965                   0,334    0,0751     0,334    0,0751
   95                  0,236     0,0975                   0,241    0,0762     0,241    0,0762
   120                 0,188     0,0939                   0,191    0,0740     0,191    0,0740
   150                 0,153     0,0928                   0,157    0,0745     0,157    0,0745
   185                 0,123     0,0908                   0,125    0,0742     0,125    0,0742
   240                 0,0943    0,0902                   0,0966   0,0752     0,0966   0,0752
   300                 0,0761    0,0895                   0,0780   0,0750     0,0780   0,0750



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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                 Folio 10.11

10.3 La capacité des lignes et des câbles électriques


                       Ligne monophasée                                             Ligne triphasée

                                                                                        d
                                                                                            2.r
                                d

             2.r                              2.r                             2.r                     d

                                π. ε 0                                  2π. ε 0
                          C=                                       C=                       2.r
                                  d                                      d          d
                               ln                                     ln 
                                  r                                      r


                   Câble monopolaire                                        Câble tripolaire à champ radial


     Ecran
                                                      ε 0ε r
                                               C=             En µF/km
       d                                  D               D
                                                    18.ln 
                                                          d

   Conducteur




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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                               Folio 10.12

10.3 La capacité des lignes et des câbles électriques



              Câble à deux conducteurs                                      Câble à trois conducteurs


                                                          Ecran

          a                           R                  Ceinture                                      R         a


                                                                                                   r
                             r



                         ε 0ε r               En µF/km
                                                                                    ε 0ε r                 En µF/km
          C=                                                        C=
                      2a ( R − a ) 
                                  2       2                                   3a 2 ( R 2 − a 2 ) 3 
                36.ln . 2                                              9.ln 2 .                  
                      r (R + a 2 )                                          r     (R 6 + a 6 ) 




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10.3 La résistance d’isolement des lignes et des câbles électriques
 La résistance d’isolement des câbles
 La norme NF C 15-100 admet pour l'isolation B.T. une résistance d'isolement supérieure à 0,5 MΩ.
 Cette résistance d'isolation est contrôlable avec un contrôleur numérique standard (20 MΩ).
 Cependant des résistances d'isolation de 200 MΩ à 5000 MΩ sont facilement réalisées.

     MATERIAUX              Résistivité en       Résistivité en Ki    Résistivité en Ki
                               2                                                          La résistance d'isolement :
                          Ω.cm /cm à 20° C      (MΩ.km) à 20° C      (MΩ.km) à 80° C
                                     18
         Teflon                 10                  > 100 000             15 000
                                                                                                  ρ .l      D  ρ .l                D
   Kapton / Polyimide
                               15
                             10 - 10
                                           16
                                                     10 000                  -             Ri =        . Ln  =      . Ln(10).Log10  
                                     18
                                                                                                  2π        d  2π                  d
       Terphane                 10                  > 100 000                -
                                     7
      Polyéthylène              10                  > 50 000               1000           l : la longueur du câble ;
                                     17
     Polypropylène              10                  > 50 000                 -            D : le diamètre extérieur de
                                     16
    PRC non chargé              10                  > 20 000               1 500          l'enveloppe isolante ;
                                     16
  PRC chargé (H.T.A)            10                  > 20 000               1 500          d : le diamètre du conducteur ;
                                                                                          ρ : la résistivité du matériau isolant
                                     15
   PRC chargé (B.T)             10                  > 10 000               1 500
                                      15
  PCV a (isolant H.T.A)        3.10                  10 000                  8            (Ω.cm²/cm).
                                     15
   PCV b (isolant B.T)          10                    2 000                  5
                                      14
     PCV c (gaine)             2.10                    800                  0,5           Le coefficient d'isolation Ki (MΩ.km)
                                     16
  EPR - EPDM (H.T.A)            10                  > 15 000               1 000                           ρ .l . Ln(10)      ρ
   EPR -EPDM (B.T)              10
                                     15
                                                     > 5 000               1 000                    Ki =                 =
                               11          12
                                                                                                                  2π       2,7.1011
       Polyamides            10 - 10                  1 à 10                 -
                                     12
        Hypalon                 10                    5 à 10                0,2           La résistance d'isolement :
                                      11
       Néoprène                5.10                   1à2                  0,05
                                                                                                                        D
                                     11
      Polyuréthane              10                     0,3                   -
                                                                                                        Ri = Ki . Log10  
                                                                                                                        d
                                     11
      PVC Nitrile               10                     0,3                   -
                                     15
 Caoutchouc de Silicone         10                    5 000                1 000

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10.3 Les caractéristiques des lignes électriques

                          I(0)                                                      I(x)

                                                 R          jLω
                       V(0)                  2                     2                       V(x)
                                            jCω                   jCω




         TENSION          TYPE             Rd      Ld               Cd        Rh      Lh               Ch
                                         (mΩ/km) (mH/km)          (nF/km)   (mΩ/km) (mH/km)          (nF/km)



                                 2
            63 kV      1 x 228 mm          146       1,241          9         430             3,88     5,2
                                 2
            90 kV      1 x 228 mm          146       1,241          9         430             3,88     5,2
                                 2
           230 kV      1 x 570 mm          60        1,33          8,65       334             3,66     5,5
                                     2
           315 kV     1 x 689,5 mm         45        1,31           8,8       78              3,73      -
                                     2
           315 kV     2 x 689,5 mm         23        0,97          11,7       72              3,39      -
                                 2
           400 kV      2 x 570 mm          30        1,05          11,2       170             3,71     7,4
                                 2
           400 kV      3 x 570 mm          20        0,86          13,9       160             2,41     8
                                     2
           735 kV     4 x 689,5 mm         11        0,85          13,2       70              3,03      -



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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                   Folio 10.15

10.3 Les caractéristiques des câbles électriques

 L’âme conductrice
 C'est la partie métallique parcourue par le courant.
 Elle est en cuivre, en aluminium ou en alliage d'aluminium.
 Elle peut être massive, rigide, souple ou même extra-souple (câble de soudure).



 L’enveloppe isolante
 Le matériau d’isolation doit avoir des caractéristiques électriques appropriées avec l’utilisation du câble.
 Les isolations sont extrudées (PVC polychlorure de vinyle, PRC Polyéthylène réticulé, etc ).




                Matériaux       Papier    Polychlorure Caoutchouc Polyéthylène Polyéthylène   Caoutchouc
                 isolant       imprégné    de vinyle     Butyle                  réticulé     de silicone
               Température
               maximale en      65°C         70°C        85°C         70°C         90°C         180°C
                 régime
                permanent
               Température
               maximale en      150°C       160°C        220°C        150°C       250°C         350°C
               fin de court-
                  circuit


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10.3 Les caractéristiques des câbles électriques
 Les conducteurs
 Ce sont les éléments composés d’une âme et de son enveloppe isolante.


 Les sections normalisées des conducteurs
 Les sections des conducteurs sont normalisées dans les valeurs suivantes :
 0,5 mm² ; 0,75 mm² ; 1 mm² ; 1,5 mm² ; 2,5 mm² ; 4 mm² ; 6 mm² ; 10 mm² ; 16 mm² ; 25 mm² ; 35 mm² ; 50
 mm² ; 70 mm² ; 95 mm² ; 120 mm² ; 150 mm² ; 185 mm² ; 240 mm² ; 300 mm² ; 400 mm² ; 500 mm² ; 630
 mm² ; 800 mm²; 1000 mm².
 L’âme conductrice peut être ronde massive pour des sections inférieures à 4 mm². Pour toutes les sections
 l’âme conductrice peut être ronde câblée.


 La contrainte thermique des conducteurs
 Cette contrainte thermique aussi appelée I².t et s’exprime en A².s. ( Puissance = R.I² et l’Énergie = R.I².t ).
 La contrainte thermique correspond à l’énergie dissipée par unité de résistance du circuit, que l’on pourrait
 aussi exprimer en J/Ω (joule/ohm).


         Section
                            2            2          2         2           2        2        2        2        2
         Nature    1,5 mm       2,5 mm       4 mm       6 mm      10 mm       16 mm    25 mm    35 mm    50 mm
         PVC Cu    29,7 k       82,6 k       212 k      476 k     1,32 M      3,40 M   8,26 M   16,2 M   33,1 M
         PVC Al      -             -           -          -       541 k       1,39 M   3,38 M   6,64 M   13,5 M
         PRC Cu    41,0 k        139 k       292 k      656 k     1,82 M      4,69 M   13,9 M   22,3 M   45,6 M
         PRC Al      -             -           -          -       752 k       1,93 M   4,70 M   9,23 M   18,8 M


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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                 Folio 10.17

10.3 Les caractéristiques des câbles électriques

 La contrainte thermique des conducteurs
 En fait, si l’énergie est dissipée sur un temps assez important, le câble a le temps de se refroidir par dissipation
 thermique. La valeur de la contrainte thermique est alors supérieure à la valeur donnée précédemment.




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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                           Folio 10.18

10.3 Les caractéristiques des câbles électriques
 L’assemblage
 C’est le cas des câbles à plusieurs conducteurs. Les conducteurs sont groupés de façon géométrique.
 Quand le câble a plus de 5 conducteurs, on assemble les conducteurs en plusieurs couches.
 Une couche comporte toujours 6 conducteurs de plus que la couche précédente si les conducteurs ont le même
 diamètre.

 Le bourrage
 Le bourrage a pour but de remplir les interstices entre les conducteurs afin de donner au câble une forme
 cylindrique.

 Le câble
 C'est un ensemble comportant plusieurs conducteurs électriquement distincts et mécaniquement solidaires.

Les canalisations classiques
                     Types de canalisations                  Attribution des couleurs
                  Nombre de                        Conducteur Conducteur            Autres
                  conducteurs      Polarités       vert et jaune    bleu clair    conducteurs
                       2             Ph, Ph             sans            Ph             Ph
                       2             Ph, N             sans             N              Ph
                      3           Ph, N, PE             PE              N              Ph
                      3           Ph, Ph, Ph           sans             Ph          Ph, Ph
                      3           Ph, Ph, PE            PE              Ph             Ph
                      4          Ph, Ph, Ph, N         sans             N          Ph, Ph, Ph
                      4         Ph, Ph, Ph, PE          PE              Ph          Ph, Ph
                      5        Ph Ph Ph N PE            PE              N          Ph, Ph, Ph
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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                 Folio 10.19

10.3 Les caractéristiques des câbles électriques
 La protection du ou des conducteurs
 Le degré de protection requit pour un câble dépend de l’environnement dans lequel il sera posé et donc de son
 utilisation courante.

 La gaine
 C’est la protection la plus simple. Elle est extrudée (PVC, Polychloroprène, Hypalon). Elle peut également
 faire bourrage.

 Les armures
 C’est la protection contre les chocs. Les câbles B.T. 1000 V qui possèdent une armure peuvent être enterrés
 sans autre protection. Les armures sont toujours métalliques ; elles peuvent être réalisées de différentes
 façons :
 - les armures en feuillard d’acier ;
 - les armures en feuillard d’aluminium ;
 - les armures en fils d’acier galvanisé ;
 - les tresses en fils d’acier galvanisé sont réservées aux câbles souples ou aux petits câbles.

 Les écrans et blindages
 Les écrans ou blindages ne sont pas destinés à la protection mécanique mais à la protection électrique.
 Il doivent :
         - faire barrière aux champs électrostatiques extérieurs au câble ;
         - répartir le champ électrique à l’intérieur du câble (câble M.T. ou H.T. à champ radial) ;
         - écouler les courants capacitifs, ainsi que le courant de court-circuit homopolaire en cas de défaut.


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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                          Folio 10.20

10.3 La structure des câbles électriques




                  Assemblage de conducteurs                       Protection du ou des conducteurs


          Conducteur                      Bourrage         Gaine de     Armure de protection Gaine extérieure
                                                                                             sur revêtement
                                       (cas d'un câble à protection non    métallique          métallique
                                    plusieurs conducteurs) métallique
          conductrice
                        Enveloppe
                         isolante
             Âme




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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                              Folio 10.21

10.3 La fabrication des câbles électriques
 La fabrication
  La fabrication d'un câble complexe comporte de nombreuses opérations. La fabrication d'un conducteur (âme
 et enveloppe isolante) nécessite deux opérations principales :
         - l'extrusion, qui va disposer la matière isolante autour de l'âme conductrice ;
         - la réticulation, qui va faire polymériser et durcir la matière isolante.


 L’extrusion
 A la sortie de l'extrudeuse, le conducteur à isoler est tirer par un cabestan, et est refroidi progressivement en
 traversant en général des bacs à eau à température décroissante.




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10.3 La fabrication des câbles électriques

 La réticulation
 La réticulation consiste, après extrusion, à ponter les chaînes de molécules par des liaisons radiales. Le cas le
 plus courant est celui du polyéthylène. L'amélioration porte notamment sur :
         - la température maximale admissible par le matériau ;
         - la tenue mécanique ;
         - la résistance aux intempéries, car le polymère obtenu se prête mieux à l'incorporation d'éléments
         protecteurs.
 Plusieurs méthodes sont utilisées :
         - réticulation par peroxyde sous vapeur d'eau, le câble tiré dans un tube est amené à une température de
         200°C à 220°C sous une pression de vapeur d'eau de 16 à 23 bar, puis est progressivement refroidi à la
         même pression. L'inconvénient de ce procédé est d'introduire de l'eau dans l'isolant, ce qui à pour effet
         de réduire la tension d'utilisation ;

         - réticulation par peroxyde sous fluide inerte, le câble tiré dans un tube est amené à une température de
         280°C sous une pression de 10 à 12 bar, puis est progressivement refroidi à la même pression.
         L'absence d'eau permet à l'isolant de supporter des champs électriques beaucoup plus élevés ;

         - réticulation par des silanes, le procédé consiste à ajouter un additif catalyseur et antioxydant au
         polyéthylène, et à procéder normalement à l'extrusion. Le câble obtenu est mis sur tourets puis
         maintenu dans un bain à 90°C pendant une durée de 1 à 4 h où a lieu la polymérisation ;

         - réticulation par irradiation, ce procédé consiste, par bombardement d'électrons ou de rayon γ, à
         produire des radicaux libres permettant le pontage des chaînes de molécules.


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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                                            Folio 10.23

10.3 La dénomination des conducteurs et des câbles électriques
                   UTE                                                       CENELEC
                      Code de      U (UTE)                                      Code de      H : harm onisé
                   normalisation                                             normalisation   A : dérivé d'un type harm onisé
                                    250 : 250 V                                              FNR : national mais avec une
                    Tension de
                                    500 : 500 V                                              désignation internationale
                      servi ce
                                   1000 : 1000 V                              Tension de     03 : 300 V
                       Ame          Pas de code :                              servi ce      05 : 500 V
                    conductrice    (cuivre rigide)                                           07 : 750 V
                                   A : aluminium                                             1 : 1000 V
                                     S : souple                                Mélange       B : caoutchouc d'éthylène
                                   X : caoutchouc vulcanisé                     isolant      propylène (EPR)
                      Isolant                                                                R : caoutchouc naturel (ru bber
                                   X : néoprène (PCP)
                                   R : polyéthylène réticulé (PR)                            V : polychlorure de vinyle (PVC)
                                   V : (PVC)                                                 X : polyéthylène réticulé (PR)
                                   P : plomb                                                 N : polychloroprène Néoprène (PCP)
                                   2 : gaine interne épaisse                                 B : caoutchouc d'éthylène
                                                                               Mélange
                                   G : matière plastique ou élastique           gaine        propylène (EPR)
                    Bourrage                                                                 R : caoutchouc naturel (ru bber
                                   formant bourrage
                                   O : aucun bourrage                                        V : polychlorure de vinyle (PVC)
                                   I : gaine d'assemblage formant bourrage                   X : polyéthylène réticulé (PR)
                                                                                             N : polychloroprène Néoprène (PCP)
                      Gaine        X : caoutchouc vulcanisé
                                   X : néoprène (PCP)                        Construction    U : rigide massive
                     interne                                                   spéciale      R : rigide câblé
                                   R : polyéthylène réticulé (PR)
                                   V : (PVC)                                                 F : souple classe 5
                                   P : plomb                                                 K : souple classique
                                   2 : gaine interne épaisse                                 H : extra souple classe 6

                    Armature       F : feuillard                                             H : méplat divisible
                    métallique                                                               H2 : méplat non divisible

                      Gaine        X : caoutchouc vulcanisé                     Nature       Pas de code : cuivre
                     externe       X : néoprène (PCP)                          de l'âme      A : aluminium
                                   R : polyéthylène réticulé (PR)
                                   V : (PVC)                                   Symbole       U : rigide massive
                                   P : plomb                                   de l'âme      R : rigide câblée
                                   2 : gaine interne épaisse                                 F : souple classe 5
                                                                                             K : souple classique
                                                                                             H : extra souple classe 6
                                                                                             H : méplat divisible
                                                                                             H2 : méplat non divisible

                                                                             Composition       : nb de conducteurs
                                                                               du câble      X : absence de conducteurV/J
                                                                                             G : présence de conducteur V/J
                                                                                               : section des conducteurs

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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                                Folio 10.24

10.3 La dénomination des conducteurs et des câbles électriques
 Le comportement au feu
                 CR 1              C1                       C2                         C3                   SH
               Résistant     Non propagateur         Retardant la                  Pas de               Sans halogène
                au feu        de l'incendie        propagation de la         caractéristiques du           (fumées
                                                       flamme                 point de vue du             toxiques)
                                                                            comportement au feu


 Fil de câblage à très basse tension
               Désignation    Tension    Souplesse      Revêtements                Particularités          Sections
                                                                                                                 2
                              assignée                                                                      (mm )
                                                            Gaine              C2 retardant la
               U 50 (VV)        50 V      Rigide       thermoplastique        propagation de la           0,12 - 0,75
                                                                                  flamme


 Les conducteurs à isolant minéral

              Désignation     Tension assignée   Souplesse        Revêtements          Particularités     Sections
                                                                                                                2
                                                                                                           (mm )
               U 500 X           300/500 V         Rigide               -             CR1 résistant        1,5 - 4
                                                                                        au feu
               U 1000 X         600/1000 V         Rigide               -             CR1 résistant       1,5 - 150
                                                                                        au feu
               U 500 XV          300/500 V         Rigide             Gaine           CR1 résistant        1,5 - 4
                                                                 thermoplastique        au feu
              U 1000 XV         600/1000 V         Rigide             Gaine           CR1 résistant       1,5 - 150
                                                                 thermoplastique        au feu

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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                     Folio 10.25

10.3 La dénomination des conducteurs et des câbles électriques



Les conducteurs isolés

                    Désignation     Tension      Souplesse   Revêtements      Particularités      Sections
                                                                                                        2
                                    assignée                                                       (mm )
                    H 07 V-U, R     450/750 V     Rigide          -                C2           1,5 - 400
                     H 07 V-K       450/750 V     Souple          -                C2             1,5 - 240
                  FR-N 07 V-AU      450/750 V     Rigide          -             C2 - Alu           10 - 16
                   FR-N 07 V-AR     450/750 V     Rigide          -             C2 - Alu          10 - 400
                     H 05 V-U       300/500 V     Rigide          -                C2              0,5 - 1
                     H 05 V-K       300/500 V     Souple          -                C2              0,5 - 1
                  FR-N 05 G2-U, R   300/500 V     Rigide          -        C1 - Sans Halogène      0,5 - 1
                   FR-N 05 G2-K     300/500 V     Souple          -        C1 - Sans Halogène      0,5 - 1
                     H 05 SJ-K      300/500 V     Souple          -         C2 - TV (Tresse)      0,5 - 16
                  FR-N 07 X3-U, R   450/750 V     Rigide          -        C1 - Sans Halogène     1,5 - 50
                   FR-N 07 X3-K     450/750 V     Souple          -        C1 - Sans Halogène     1,5 - 50
                    H 07 G-U, R     450/750 V     Rigide          -                C3             0,5 - 95
                     H 07 G-K       450/750 V     Souple          -                C3             0,5 - 95




                                                http://krimo666.mylivepage.com/
Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                                     Folio 10.26

10.3 La dénomination des conducteurs et des câbles électriques
Les câbles isolés aux élastomères (famille PR)
                     Désignation     Tension assignée   Souplesse Revêtements Particularités      Sections
                                                                                                        2
                                                                                                   (mm )
                    U 1000 R12N        600/1000 V        Rigide        R       C2 - Classe II     1,5 - 630
                    U 1000 R2V         600/1000 V        Rigide        T       C2 - Classe II     1,5 - 630
                    U 1000 RVFV        600/1000 V        Rigide      TAT             C2           1,5 - 300
                   U 1000 RGPFV        600/1000 V        Rigide      PAT             C2           1,5 - 240
                     H 07 RN-F          450/750 V        Souple        R       C2 - Classe II     1,5 - 500
                    FR-N 07 RN-F        450/750 V        Souple        R        C2 - Classe I      1,5 - 4
                     A 07 RN-F          450/750 V        Souple        R       C2 - Classe II     1,5 - 300
                    FR-N 1 X1X2        600/1000 V        Rigide        R       C1 - Classe II -   1,5 - 630
                                                                               Sans Halogène
                    FR-N 1 X1G1        600/1000 V        Rigide        T       C1 - Classe II -   1,5 - 630
                                                                               Sans Halogène
                  FR-N 1 X1X2Z4X2      600/1000 V        Rigide      RAR         C1 - Sans        1,5 - 300
                                                                                 Halogène
                  FR-N 1 X1G1Z4G1      600/1000 V        Rigide      TAT         C1 - Sans        1,5 - 300
                                                                                 Halogène
                   FR-N 07 X4X5-F       450/750 V        Souple        R       C1 - Classe II -   1,5 - 500
                                                                               Sans Halogène
                    0,6/1 Torsades     600/1000 V        Rigide        R          C3 - Alu        16 - 150
                  FR-N 1 XDV-AR,       600/1000 V        Rigide       AT          C2 - Alu        16 - 240
                      AS ,AU
                     H 05 RN-F          300/500 V        Souple        R       C2 - Classe II     0,75 - 1
                     A 05 RN-F          300/500 V        Souple        R       C2 - Classe II      0,5 - 1
                     H 05 RR-F          300/500 V        Souple        R       C3 - Classe II     0,75 - 6
                     A 05 RR-F          300/500 V        Souple        R       C3 - Classe II     0,75 - 6

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Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques                                              Folio 10.27

10.3 La dénomination des conducteurs et des câbles électriques

 Les câbles isolés au polychlorure de vinyle (famille PVC)

                 Désignation     Tension     Souplesse   Revêtements    Particularités    Sections
                                                                                                2
                                 assignée                                                  (mm )
              FR-N 05 W-U, R     300/500 V    Rigide         T          C2 - Classe II    1,5 - 35
               FR-N 05 W-AR      300/500 V    Rigide         T         C2 - Classe II -   10 - 35
                                                                            Alu
             FR-N 05 VL2V-U, R   300/500 V    Rigide         PT              C2           1,5 - 25
             FR-N 05 VL2V-AR     300/500 V    Rigide         T         C2 - Classe II -   10 - 35
                                                                            Alu
                H 07 VVH2-F      450/750 V    Souple         T         C2 - Classe II -   1,5 - 16
                                                                           Méplat
              H 07 VVD3H2-F      450/750 V    Souple         T          C2 - Méplat -     1,5 - 16
                                                                          Porteur
                 H 05 VV-F       300/500 V    Souple         T          C2 - Classe II    0,75 - 4
                H 05 VVH2-F      300/500 V    Souple         T         C2 - Classe II -     0,75
                                                                           méplat
                FR-N 05 SJ-K     300/500 V    Souple         T         C2 - TV (Tresse)   0,5 - 16
              FR-N 05 VV5-F, R   300/500 V    Souple         T               C2           0,5 - 35
             FR-N 05 VVC4V5-F    300/500 V    Souple        T-E         C2 - Classe II    0,5 - 2,5
                 A 05 VV-F       300/500 V    Souple         T          C2 - Classe II    0,75 - 4
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                                                                           Méplat




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Lignes Et Cables Electriques

  • 1. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.1 Les lignes et les câbles électriques Par Patrick LAGONOTTE Maître de Conférences Université de Poitiers http://krimo666.mylivepage.com/
  • 2. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.2 10.2 La modélisation des lignes et des câbles électriques L’équation analytique exacte des lignes et des câbles électriques Les lignes électriques et les câbles sont des systèmes à constantes réparties, c'est à dire que les grandeurs physiques (résistances, inductances, capacités) sont réparties sur toute la longueur de la ligne et ne sont donc pas localisées. δi i i+ dx Équations aux dérivées δx partielles de la ligne à r.dx l.dx constantes réparties δv v c.dx g.dx v+ dx δv δi δx − = ri + l (1) δx δt δi δv − = gv + c δx δt dx Avec : r : Résistance longitudinale par unité de longueur. l : L’inductance longitudinale par unité de longueur. c : La capacité transversale par unité de longueur. g : La conductance transversale par unité de longueur. http://krimo666.mylivepage.com/
  • 3. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.3 10.2 La modélisation des lignes et des câbles électriques = (r + jlω )I ( x ) = (g + jcω )V ( x ) dV ( x ) dI ( x ) Dans le cas où la tension et le courant sont sinusoïdaux les − − dx dx équations (1) deviennent : Si nous notons Zl l'impédance longitudinale par unité de dV ( x) dI ( x) longueur, et Yt l'admittance transversale par unité de − = Z l .I ( x ) − = Yt .V ( x) dx dx longueur, les équations (2) deviennent : Par séparation des variables, nous obtenons deux équations d 2V ( x) d 2 I ( x) = Z l .Yt .V ( x) = Z l .Yt .I ( x) différentielles du second ordre indépendantes : dx 2 dx 2 Notons maintenant Zw l'impédance caractéristique et γ la constante de propagation définies par les expressions suivantes : r + jlω Zω = = Zl unité = Ω γω = (r + jlω )(g + jcω ) = Zl .Yt unité m -1 g + jcω Yt Les deux équations différentielles indépendantes (2) deviennent alors : d 2V ( x) d 2 I ( x) 2 = γ 2V ( x) 2 = γ 2 I ( x) dx dx http://krimo666.mylivepage.com/
  • 4. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.4 10.2 La modélisation des lignes et des câbles électriques Ces équations différentielles s'intègrent en donnant un système d'équations couplées :  cosh(γx) − Z 0 sinh(γx)  V ( x)   = −1  V (0)   I ( x)   sinh(γx)   cosh(γx)   I (0)     Z0  En inversant cette dernière équation, nous obtenons une matrice où tous les termes sont positifs, appelée également matrice de transfert du quadripôle.  cosh(γx) Z 0 sinh(γx) V (0)   V ( x)  Α B  V ( x)   I (0)  =  sinh(γx) cosh(γx)   I ( x)  = C D   I ( x)  1         Z0  Considérons le modèle en Π de la figure ci-dessous. V ( x) = V (0) − Z s (I (0) − Y1.V (0) )  Les équations qui correspondent à ce montage sont :  I ( x) = I (0) − Y1.V (0) − Y2 .V (0) V ( x) = V (0).(1 − Z sY1 ) − Z s .I (0)   I ( x ) = I (0).(1 − Z s .Y2 ) − (Y1 + Y2 + Z s .Y1.Y2 )V (0) Soit :  cosh(γx) − Z 0 sinh(γx) En identifiant les termes à la solution analytique de l'équation : V ( x)   V (0) −1  I ( x)  =  sinh(γx) cosh(γx)   I (0)  Z = Zω . sinh (γ .x )    Z0    nous obtenons que :   1  γ .x  Y1 = Y2 = Z tanh 2   ω   http://krimo666.mylivepage.com/
  • 5. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.5 10.2 La modélisation des lignes et des câbles électriques Ce qui correspond au schéma en Π de la figure ci-dessous. Mais les valeurs complexes de ces éléments varient en fonction de la fréquence. I(0) I(x) Avec : Z(ω) Z( ω ) = Z ω .sinh( γ . x) V(0) Y1(ω) Y2(ω) V(x) 1  γ. x Y1 ( ω ) = Y2 ( ω ) = . tanh  Zω  2  Y1.V(0) Y2.V(x) Si on ne tient pas compte de la propagation (lignes courtes et avec des déphasages faibles), nous pouvons simplifier les formules hyperboliques et faire l'approximation suivante : I(0) I(x) R jLω V(0) 2 2 2 2 V(x) G G jCω jCω Avec R, L, C et G, les caractéristiques physiques des lignes et des câbles électriques H.T. http://krimo666.mylivepage.com/
  • 6. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.6 10.2 La modélisation des lignes et des câbles électriques Repartons du schéma simplifié H.T d’une ligne électrique présenté ci-dessous : I(0) I(x) R jLω V(0) 2 2 2 2 V(x) G G jCω jCω En Basse-Tension, il n’est pas nécessaire dans les modèles de câbles de tenir compte de la capacité linéique et des pertes diélectriques (Faible niveau de tension, faible champ électrique et faible contrainte diélectrique), nous pouvons simplifier le schéma précédent et aboutir au modèle classique des câbles Basse-Tension : I(0) I(x) R jLω V(0) V(x) Avec R, L les caractéristiques physiques des câbles électriques B.T. http://krimo666.mylivepage.com/
  • 7. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.7 10.3 La résistance des lignes et des câbles électriques ρ.l R= s R : la résistance électrique en ohm ; ρ : la résistivité électrique en Ω.mm2/km ; l : la longueur du câble en km ; s : la section du câble en mm2 . âme cuivre âme aluminium âme aluminium armée Cuivre : Aluminium : Masse volumique : ρ = 8,8 kg/dm3 ρ = 2,6 kg/dm3 Résistivité électrique : rcu = 21,983 Ω.mm2/km à 90°C ral = 36,232 Ω.mm2/km à 90°C Conductivité thermique : λ = 384 W/(m.K) λ = 204 W/(m.K) Capacité thermique massique : Cth = 0,394 kJ/(kg.K) Cth = 0,879 kJ/(kg.K) Coefficient de dilatation : α = 16,5.10-6 1/K α = 23,8.10-6 1/K Température de fusion : Tf = 1083°C Tf = 658°C http://krimo666.mylivepage.com/
  • 8. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.8 10.3 L’inductance des lignes et des câbles électriques Calcul du champ d’induction magnétique Théorème d’Ampère : ∫ H.∂l = ∑ i Le champ d’induction à l’intérieur du conducteur : Le champ d’induction à l’extérieur du conducteur : x I B=µ H =µ . I B=µ H =µ . 2π. r 2 π. x 0 0 2 0 0 Densité du champ d'induction r d r d µ .I  d  Le flux entre les deux conducteurs : Φ = ∫ B( x ).∂x = 0 ln  r 2π r µ .I  d  2 µ Les énergies électromagnétiques : 1 W = .Ι.Φ W = ln  0 W = 0 I 2 4π  r  16π 1 int 1 ext 2 µ .I  1 2  d 1 L’énergie électromagnétique totale : =  + ln   = L. I 2 W 0 totale 2π  4  r  2 http://krimo666.mylivepage.com/
  • 9. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.9 10.3 L’inductance des lignes et des câbles électriques µ 1 d  L’inductance totale du circuit : L = 0 + ln     totale π 4  r  µ  1 1  1 1  1  L = 0  + ln   +  + ln   − 2.ln         2 π  4   r  4  r  d  totale µ 1  1  µ0  1  1  − µ0   1  L = 0  + ln   L2 =  + ln   M 12 =  2.ln   1 2. π  4  r 2. π  4  r 2. π   d Cas pratiques : Liaison Monophasée Liaison Triphasée en Liaison Triphasée en triangle nappe d d d d d dm = d dm = d d m = d.3 2 d d m = 1,2 6. d  d  L = 0,05 + ln m     en µH/m   r  http://krimo666.mylivepage.com/
  • 10. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.10 10.3 L’inductance des lignes et des câbles électriques Câbles Unipolaires Câbles Bipolaires Câbles Tripolaires Section R à 80°C X R à 80°C X R à 80°C X (mm²) Ω.km Ω.km Ω.km Ω.km Ω.km Ω.km 1 22,1 0,176 22,5 0,125 22,5 0,125 1,5 14,8 0,168 15,1 0,118 15,1 0,118 2,5 8,91 0,155 9,08 0,109 9,08 0,109 4 5,57 0,143 5,68 0,101 5,68 0,101 6 3,71 0,135 3,78 0,0955 3,78 0,0955 10 2,24 0,119 2,27 0,0861 2,27 0,0861 16 1,41 0,112 1,43 0,0817 1,43 0,0817 25 0,889 0,106 0,907 0,0813 0,907 0,0813 35 0,641 0,101 0,654 0,0783 0,654 0,0783 50 0,473 0,101 0,483 0,0779 0,483 0,0779 70 0,328 0,0965 0,334 0,0751 0,334 0,0751 95 0,236 0,0975 0,241 0,0762 0,241 0,0762 120 0,188 0,0939 0,191 0,0740 0,191 0,0740 150 0,153 0,0928 0,157 0,0745 0,157 0,0745 185 0,123 0,0908 0,125 0,0742 0,125 0,0742 240 0,0943 0,0902 0,0966 0,0752 0,0966 0,0752 300 0,0761 0,0895 0,0780 0,0750 0,0780 0,0750 http://krimo666.mylivepage.com/
  • 11. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.11 10.3 La capacité des lignes et des câbles électriques Ligne monophasée Ligne triphasée d 2.r d 2.r 2.r 2.r d π. ε 0 2π. ε 0 C= C= 2.r  d  d d ln  ln   r  r Câble monopolaire Câble tripolaire à champ radial Ecran ε 0ε r C= En µF/km d D  D 18.ln   d Conducteur http://krimo666.mylivepage.com/
  • 12. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.12 10.3 La capacité des lignes et des câbles électriques Câble à deux conducteurs Câble à trois conducteurs Ecran a R Ceinture R a r r ε 0ε r En µF/km ε 0ε r En µF/km C= C=  2a ( R − a )  2 2  3a 2 ( R 2 − a 2 ) 3  36.ln . 2  9.ln 2 .   r (R + a 2 )   r (R 6 + a 6 )  http://krimo666.mylivepage.com/
  • 13. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.13 10.3 La résistance d’isolement des lignes et des câbles électriques La résistance d’isolement des câbles La norme NF C 15-100 admet pour l'isolation B.T. une résistance d'isolement supérieure à 0,5 MΩ. Cette résistance d'isolation est contrôlable avec un contrôleur numérique standard (20 MΩ). Cependant des résistances d'isolation de 200 MΩ à 5000 MΩ sont facilement réalisées. MATERIAUX Résistivité en Résistivité en Ki Résistivité en Ki 2 La résistance d'isolement : Ω.cm /cm à 20° C (MΩ.km) à 20° C (MΩ.km) à 80° C 18 Teflon 10 > 100 000 15 000 ρ .l  D  ρ .l D Kapton / Polyimide 15 10 - 10 16 10 000 - Ri = . Ln  = . Ln(10).Log10   18 2π  d  2π d Terphane 10 > 100 000 - 7 Polyéthylène 10 > 50 000 1000 l : la longueur du câble ; 17 Polypropylène 10 > 50 000 - D : le diamètre extérieur de 16 PRC non chargé 10 > 20 000 1 500 l'enveloppe isolante ; 16 PRC chargé (H.T.A) 10 > 20 000 1 500 d : le diamètre du conducteur ; ρ : la résistivité du matériau isolant 15 PRC chargé (B.T) 10 > 10 000 1 500 15 PCV a (isolant H.T.A) 3.10 10 000 8 (Ω.cm²/cm). 15 PCV b (isolant B.T) 10 2 000 5 14 PCV c (gaine) 2.10 800 0,5 Le coefficient d'isolation Ki (MΩ.km) 16 EPR - EPDM (H.T.A) 10 > 15 000 1 000 ρ .l . Ln(10) ρ EPR -EPDM (B.T) 10 15 > 5 000 1 000 Ki = = 11 12 2π 2,7.1011 Polyamides 10 - 10 1 à 10 - 12 Hypalon 10 5 à 10 0,2 La résistance d'isolement : 11 Néoprène 5.10 1à2 0,05 D 11 Polyuréthane 10 0,3 - Ri = Ki . Log10   d 11 PVC Nitrile 10 0,3 - 15 Caoutchouc de Silicone 10 5 000 1 000 http://krimo666.mylivepage.com/
  • 14. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.14 10.3 Les caractéristiques des lignes électriques I(0) I(x) R jLω V(0) 2 2 V(x) jCω jCω TENSION TYPE Rd Ld Cd Rh Lh Ch (mΩ/km) (mH/km) (nF/km) (mΩ/km) (mH/km) (nF/km) 2 63 kV 1 x 228 mm 146 1,241 9 430 3,88 5,2 2 90 kV 1 x 228 mm 146 1,241 9 430 3,88 5,2 2 230 kV 1 x 570 mm 60 1,33 8,65 334 3,66 5,5 2 315 kV 1 x 689,5 mm 45 1,31 8,8 78 3,73 - 2 315 kV 2 x 689,5 mm 23 0,97 11,7 72 3,39 - 2 400 kV 2 x 570 mm 30 1,05 11,2 170 3,71 7,4 2 400 kV 3 x 570 mm 20 0,86 13,9 160 2,41 8 2 735 kV 4 x 689,5 mm 11 0,85 13,2 70 3,03 - http://krimo666.mylivepage.com/
  • 15. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.15 10.3 Les caractéristiques des câbles électriques L’âme conductrice C'est la partie métallique parcourue par le courant. Elle est en cuivre, en aluminium ou en alliage d'aluminium. Elle peut être massive, rigide, souple ou même extra-souple (câble de soudure). L’enveloppe isolante Le matériau d’isolation doit avoir des caractéristiques électriques appropriées avec l’utilisation du câble. Les isolations sont extrudées (PVC polychlorure de vinyle, PRC Polyéthylène réticulé, etc ). Matériaux Papier Polychlorure Caoutchouc Polyéthylène Polyéthylène Caoutchouc isolant imprégné de vinyle Butyle réticulé de silicone Température maximale en 65°C 70°C 85°C 70°C 90°C 180°C régime permanent Température maximale en 150°C 160°C 220°C 150°C 250°C 350°C fin de court- circuit http://krimo666.mylivepage.com/
  • 16. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.16 10.3 Les caractéristiques des câbles électriques Les conducteurs Ce sont les éléments composés d’une âme et de son enveloppe isolante. Les sections normalisées des conducteurs Les sections des conducteurs sont normalisées dans les valeurs suivantes : 0,5 mm² ; 0,75 mm² ; 1 mm² ; 1,5 mm² ; 2,5 mm² ; 4 mm² ; 6 mm² ; 10 mm² ; 16 mm² ; 25 mm² ; 35 mm² ; 50 mm² ; 70 mm² ; 95 mm² ; 120 mm² ; 150 mm² ; 185 mm² ; 240 mm² ; 300 mm² ; 400 mm² ; 500 mm² ; 630 mm² ; 800 mm²; 1000 mm². L’âme conductrice peut être ronde massive pour des sections inférieures à 4 mm². Pour toutes les sections l’âme conductrice peut être ronde câblée. La contrainte thermique des conducteurs Cette contrainte thermique aussi appelée I².t et s’exprime en A².s. ( Puissance = R.I² et l’Énergie = R.I².t ). La contrainte thermique correspond à l’énergie dissipée par unité de résistance du circuit, que l’on pourrait aussi exprimer en J/Ω (joule/ohm). Section 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Nature 1,5 mm 2,5 mm 4 mm 6 mm 10 mm 16 mm 25 mm 35 mm 50 mm PVC Cu 29,7 k 82,6 k 212 k 476 k 1,32 M 3,40 M 8,26 M 16,2 M 33,1 M PVC Al - - - - 541 k 1,39 M 3,38 M 6,64 M 13,5 M PRC Cu 41,0 k 139 k 292 k 656 k 1,82 M 4,69 M 13,9 M 22,3 M 45,6 M PRC Al - - - - 752 k 1,93 M 4,70 M 9,23 M 18,8 M http://krimo666.mylivepage.com/
  • 17. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.17 10.3 Les caractéristiques des câbles électriques La contrainte thermique des conducteurs En fait, si l’énergie est dissipée sur un temps assez important, le câble a le temps de se refroidir par dissipation thermique. La valeur de la contrainte thermique est alors supérieure à la valeur donnée précédemment. http://krimo666.mylivepage.com/
  • 18. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.18 10.3 Les caractéristiques des câbles électriques L’assemblage C’est le cas des câbles à plusieurs conducteurs. Les conducteurs sont groupés de façon géométrique. Quand le câble a plus de 5 conducteurs, on assemble les conducteurs en plusieurs couches. Une couche comporte toujours 6 conducteurs de plus que la couche précédente si les conducteurs ont le même diamètre. Le bourrage Le bourrage a pour but de remplir les interstices entre les conducteurs afin de donner au câble une forme cylindrique. Le câble C'est un ensemble comportant plusieurs conducteurs électriquement distincts et mécaniquement solidaires. Les canalisations classiques Types de canalisations Attribution des couleurs Nombre de Conducteur Conducteur Autres conducteurs Polarités vert et jaune bleu clair conducteurs 2 Ph, Ph sans Ph Ph 2 Ph, N sans N Ph 3 Ph, N, PE PE N Ph 3 Ph, Ph, Ph sans Ph Ph, Ph 3 Ph, Ph, PE PE Ph Ph 4 Ph, Ph, Ph, N sans N Ph, Ph, Ph 4 Ph, Ph, Ph, PE PE Ph Ph, Ph 5 Ph Ph Ph N PE PE N Ph, Ph, Ph http://krimo666.mylivepage.com/
  • 19. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.19 10.3 Les caractéristiques des câbles électriques La protection du ou des conducteurs Le degré de protection requit pour un câble dépend de l’environnement dans lequel il sera posé et donc de son utilisation courante. La gaine C’est la protection la plus simple. Elle est extrudée (PVC, Polychloroprène, Hypalon). Elle peut également faire bourrage. Les armures C’est la protection contre les chocs. Les câbles B.T. 1000 V qui possèdent une armure peuvent être enterrés sans autre protection. Les armures sont toujours métalliques ; elles peuvent être réalisées de différentes façons : - les armures en feuillard d’acier ; - les armures en feuillard d’aluminium ; - les armures en fils d’acier galvanisé ; - les tresses en fils d’acier galvanisé sont réservées aux câbles souples ou aux petits câbles. Les écrans et blindages Les écrans ou blindages ne sont pas destinés à la protection mécanique mais à la protection électrique. Il doivent : - faire barrière aux champs électrostatiques extérieurs au câble ; - répartir le champ électrique à l’intérieur du câble (câble M.T. ou H.T. à champ radial) ; - écouler les courants capacitifs, ainsi que le courant de court-circuit homopolaire en cas de défaut. http://krimo666.mylivepage.com/
  • 20. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.20 10.3 La structure des câbles électriques Assemblage de conducteurs Protection du ou des conducteurs Conducteur Bourrage Gaine de Armure de protection Gaine extérieure sur revêtement (cas d'un câble à protection non métallique métallique plusieurs conducteurs) métallique conductrice Enveloppe isolante Âme http://krimo666.mylivepage.com/
  • 21. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.21 10.3 La fabrication des câbles électriques La fabrication La fabrication d'un câble complexe comporte de nombreuses opérations. La fabrication d'un conducteur (âme et enveloppe isolante) nécessite deux opérations principales : - l'extrusion, qui va disposer la matière isolante autour de l'âme conductrice ; - la réticulation, qui va faire polymériser et durcir la matière isolante. L’extrusion A la sortie de l'extrudeuse, le conducteur à isoler est tirer par un cabestan, et est refroidi progressivement en traversant en général des bacs à eau à température décroissante. http://krimo666.mylivepage.com/
  • 22. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.22 10.3 La fabrication des câbles électriques La réticulation La réticulation consiste, après extrusion, à ponter les chaînes de molécules par des liaisons radiales. Le cas le plus courant est celui du polyéthylène. L'amélioration porte notamment sur : - la température maximale admissible par le matériau ; - la tenue mécanique ; - la résistance aux intempéries, car le polymère obtenu se prête mieux à l'incorporation d'éléments protecteurs. Plusieurs méthodes sont utilisées : - réticulation par peroxyde sous vapeur d'eau, le câble tiré dans un tube est amené à une température de 200°C à 220°C sous une pression de vapeur d'eau de 16 à 23 bar, puis est progressivement refroidi à la même pression. L'inconvénient de ce procédé est d'introduire de l'eau dans l'isolant, ce qui à pour effet de réduire la tension d'utilisation ; - réticulation par peroxyde sous fluide inerte, le câble tiré dans un tube est amené à une température de 280°C sous une pression de 10 à 12 bar, puis est progressivement refroidi à la même pression. L'absence d'eau permet à l'isolant de supporter des champs électriques beaucoup plus élevés ; - réticulation par des silanes, le procédé consiste à ajouter un additif catalyseur et antioxydant au polyéthylène, et à procéder normalement à l'extrusion. Le câble obtenu est mis sur tourets puis maintenu dans un bain à 90°C pendant une durée de 1 à 4 h où a lieu la polymérisation ; - réticulation par irradiation, ce procédé consiste, par bombardement d'électrons ou de rayon γ, à produire des radicaux libres permettant le pontage des chaînes de molécules. http://krimo666.mylivepage.com/
  • 23. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.23 10.3 La dénomination des conducteurs et des câbles électriques UTE CENELEC Code de U (UTE) Code de H : harm onisé normalisation normalisation A : dérivé d'un type harm onisé 250 : 250 V FNR : national mais avec une Tension de 500 : 500 V désignation internationale servi ce 1000 : 1000 V Tension de 03 : 300 V Ame Pas de code : servi ce 05 : 500 V conductrice (cuivre rigide) 07 : 750 V A : aluminium 1 : 1000 V S : souple Mélange B : caoutchouc d'éthylène X : caoutchouc vulcanisé isolant propylène (EPR) Isolant R : caoutchouc naturel (ru bber X : néoprène (PCP) R : polyéthylène réticulé (PR) V : polychlorure de vinyle (PVC) V : (PVC) X : polyéthylène réticulé (PR) P : plomb N : polychloroprène Néoprène (PCP) 2 : gaine interne épaisse B : caoutchouc d'éthylène Mélange G : matière plastique ou élastique gaine propylène (EPR) Bourrage R : caoutchouc naturel (ru bber formant bourrage O : aucun bourrage V : polychlorure de vinyle (PVC) I : gaine d'assemblage formant bourrage X : polyéthylène réticulé (PR) N : polychloroprène Néoprène (PCP) Gaine X : caoutchouc vulcanisé X : néoprène (PCP) Construction U : rigide massive interne spéciale R : rigide câblé R : polyéthylène réticulé (PR) V : (PVC) F : souple classe 5 P : plomb K : souple classique 2 : gaine interne épaisse H : extra souple classe 6 Armature F : feuillard H : méplat divisible métallique H2 : méplat non divisible Gaine X : caoutchouc vulcanisé Nature Pas de code : cuivre externe X : néoprène (PCP) de l'âme A : aluminium R : polyéthylène réticulé (PR) V : (PVC) Symbole U : rigide massive P : plomb de l'âme R : rigide câblée 2 : gaine interne épaisse F : souple classe 5 K : souple classique H : extra souple classe 6 H : méplat divisible H2 : méplat non divisible Composition : nb de conducteurs du câble X : absence de conducteurV/J G : présence de conducteur V/J : section des conducteurs http://krimo666.mylivepage.com/
  • 24. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.24 10.3 La dénomination des conducteurs et des câbles électriques Le comportement au feu CR 1 C1 C2 C3 SH Résistant Non propagateur Retardant la Pas de Sans halogène au feu de l'incendie propagation de la caractéristiques du (fumées flamme point de vue du toxiques) comportement au feu Fil de câblage à très basse tension Désignation Tension Souplesse Revêtements Particularités Sections 2 assignée (mm ) Gaine C2 retardant la U 50 (VV) 50 V Rigide thermoplastique propagation de la 0,12 - 0,75 flamme Les conducteurs à isolant minéral Désignation Tension assignée Souplesse Revêtements Particularités Sections 2 (mm ) U 500 X 300/500 V Rigide - CR1 résistant 1,5 - 4 au feu U 1000 X 600/1000 V Rigide - CR1 résistant 1,5 - 150 au feu U 500 XV 300/500 V Rigide Gaine CR1 résistant 1,5 - 4 thermoplastique au feu U 1000 XV 600/1000 V Rigide Gaine CR1 résistant 1,5 - 150 thermoplastique au feu http://krimo666.mylivepage.com/
  • 25. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.25 10.3 La dénomination des conducteurs et des câbles électriques Les conducteurs isolés Désignation Tension Souplesse Revêtements Particularités Sections 2 assignée (mm ) H 07 V-U, R 450/750 V Rigide - C2 1,5 - 400 H 07 V-K 450/750 V Souple - C2 1,5 - 240 FR-N 07 V-AU 450/750 V Rigide - C2 - Alu 10 - 16 FR-N 07 V-AR 450/750 V Rigide - C2 - Alu 10 - 400 H 05 V-U 300/500 V Rigide - C2 0,5 - 1 H 05 V-K 300/500 V Souple - C2 0,5 - 1 FR-N 05 G2-U, R 300/500 V Rigide - C1 - Sans Halogène 0,5 - 1 FR-N 05 G2-K 300/500 V Souple - C1 - Sans Halogène 0,5 - 1 H 05 SJ-K 300/500 V Souple - C2 - TV (Tresse) 0,5 - 16 FR-N 07 X3-U, R 450/750 V Rigide - C1 - Sans Halogène 1,5 - 50 FR-N 07 X3-K 450/750 V Souple - C1 - Sans Halogène 1,5 - 50 H 07 G-U, R 450/750 V Rigide - C3 0,5 - 95 H 07 G-K 450/750 V Souple - C3 0,5 - 95 http://krimo666.mylivepage.com/
  • 26. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.26 10.3 La dénomination des conducteurs et des câbles électriques Les câbles isolés aux élastomères (famille PR) Désignation Tension assignée Souplesse Revêtements Particularités Sections 2 (mm ) U 1000 R12N 600/1000 V Rigide R C2 - Classe II 1,5 - 630 U 1000 R2V 600/1000 V Rigide T C2 - Classe II 1,5 - 630 U 1000 RVFV 600/1000 V Rigide TAT C2 1,5 - 300 U 1000 RGPFV 600/1000 V Rigide PAT C2 1,5 - 240 H 07 RN-F 450/750 V Souple R C2 - Classe II 1,5 - 500 FR-N 07 RN-F 450/750 V Souple R C2 - Classe I 1,5 - 4 A 07 RN-F 450/750 V Souple R C2 - Classe II 1,5 - 300 FR-N 1 X1X2 600/1000 V Rigide R C1 - Classe II - 1,5 - 630 Sans Halogène FR-N 1 X1G1 600/1000 V Rigide T C1 - Classe II - 1,5 - 630 Sans Halogène FR-N 1 X1X2Z4X2 600/1000 V Rigide RAR C1 - Sans 1,5 - 300 Halogène FR-N 1 X1G1Z4G1 600/1000 V Rigide TAT C1 - Sans 1,5 - 300 Halogène FR-N 07 X4X5-F 450/750 V Souple R C1 - Classe II - 1,5 - 500 Sans Halogène 0,6/1 Torsades 600/1000 V Rigide R C3 - Alu 16 - 150 FR-N 1 XDV-AR, 600/1000 V Rigide AT C2 - Alu 16 - 240 AS ,AU H 05 RN-F 300/500 V Souple R C2 - Classe II 0,75 - 1 A 05 RN-F 300/500 V Souple R C2 - Classe II 0,5 - 1 H 05 RR-F 300/500 V Souple R C3 - Classe II 0,75 - 6 A 05 RR-F 300/500 V Souple R C3 - Classe II 0,75 - 6 http://krimo666.mylivepage.com/
  • 27. Chapitre 10 : Les lignes et câbles électriques Folio 10.27 10.3 La dénomination des conducteurs et des câbles électriques Les câbles isolés au polychlorure de vinyle (famille PVC) Désignation Tension Souplesse Revêtements Particularités Sections 2 assignée (mm ) FR-N 05 W-U, R 300/500 V Rigide T C2 - Classe II 1,5 - 35 FR-N 05 W-AR 300/500 V Rigide T C2 - Classe II - 10 - 35 Alu FR-N 05 VL2V-U, R 300/500 V Rigide PT C2 1,5 - 25 FR-N 05 VL2V-AR 300/500 V Rigide T C2 - Classe II - 10 - 35 Alu H 07 VVH2-F 450/750 V Souple T C2 - Classe II - 1,5 - 16 Méplat H 07 VVD3H2-F 450/750 V Souple T C2 - Méplat - 1,5 - 16 Porteur H 05 VV-F 300/500 V Souple T C2 - Classe II 0,75 - 4 H 05 VVH2-F 300/500 V Souple T C2 - Classe II - 0,75 méplat FR-N 05 SJ-K 300/500 V Souple T C2 - TV (Tresse) 0,5 - 16 FR-N 05 VV5-F, R 300/500 V Souple T C2 0,5 - 35 FR-N 05 VVC4V5-F 300/500 V Souple T-E C2 - Classe II 0,5 - 2,5 A 05 VV-F 300/500 V Souple T C2 - Classe II 0,75 - 4 A 05 VVH2-F 300/500 V Souple T C2 - Classe II - 1 Méplat http://krimo666.mylivepage.com/