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Revue ABB 4/2000 35
es câbles HT (220 kV et plus)
sont devenus des composants
majeurs des réseaux modernes de transport
d’énergie électrique. Cette évolution
impose aux constructeurs de garantir la
fiabilité optimale de leurs produits et,
compte tenu des fortes contraintes
électriques liées à ce niveau de tension,
une parfaite coordination des câbles
et des accessoires.
Qualification de câbles
400 kV et 500 kV
Pour souligner l’importance de la fiabilité et
de la coordination câbles/accessoires, la CEI
invite les constructeurs à mettre en évidence
les performances de leur offre globale
(couple câble + jonctions et extrémités) en
effectuant un programme d’essai complet,
avec «préqualification», conformément à
l’avant-projet de norme CEI 62067.
Dès 1995, ABB se pliait à ces exigences
pour ses câbles 400 kV; aujourd’hui, c’est
dans ce même esprit qu’elle procède à des
essais de qualification pour le niveau de
tension 500 kV.
Assurance qualité, matériaux et
techniques de fabrication
Pour les matériaux de base, les sites de fabri-
cation de câbles et accessoires HT d’ABB,
XLPERFORMANCE
Björn Dellby, Gösta Bergman, Johan Karlstrand, Johannes Kaumanns
La déréglementation du marché de l’électricité et
la prise de conscience écologique ouvrent de
fascinantes perspectives au transport d’én-
ergie par câbles extrudés. Parallèlement, les
progrès accomplis par toutes les disciplines
de la filière électrique permettent aux
câbles isolés au polyéthylène réticulé (PR)
d’accéder à la très haute tension, jusqu’à
500 kV. Si les liaisons par câbles souterrains
rivalisent aujourd’hui avec les lignes aériennes, de
nouveaux procédés de fabrication permettent de bat-
tre des records de longueur dans le domaine des câbles
sous-marins à fibre optique et à jonctions souples. L’essor de l’isolation synthétique extrudée concourt
également au succès des toutes dernières innovations ABB: HVDC Light, Powerformer™, Dryformer™ et
Windformer™.
L
Technologie des câbles HT
isolés au polyéthylène réticulé
1 Constitution d’un câble 400 kV à isolation PR
(épaisseur d’isolant : 28 mm)
HV Cable Technology
36 Revue ABB 4/2000
conformes aux normes ISO 9001 et 14001,
font exclusivement appel à des fournisseurs
certifiés. Les isolants destinés aux câbles THT
sont soumis à des clauses et procédures parti-
culières qui font partie du Contrat Assurance
Qualité passé avec le fournisseur. Parmi ces
mesures, toutes applicables chez ce dernier,
citons:
■ La sélection rigoureuse du matériau de
base (résine) fondée sur la maîtrise de la
propreté en ligne,
■ Une filtration extrêmement poussée
de la résine,
■ Un contrôle étendu de la propreté du
polyéthylène réticulé (PR) et des
composés intermédiaires,
■ Des spécifications strictes de propreté
(au-delà de 50 micro-impuretés par µm),
■ Des précautions renforcées en salle blanche
et un mode opératoire spécifique THT,
■ Une formation adaptée du personnel.
A ce souci de fiabilité chez le fournisseur de
matériaux s’ajoutent une amélioration de la
manutention en usine et des efforts
d’optimisation de la fabrication.
L’âme d’un câble isolé au PR est assem-
blée sur une ligne de production sèche.
L’extrusion triple couche (semi-conducteur
interne, isolant et semi-conducteur externe)
est réalisée par un outillage unique qui,
à l’instar des trois extrudeuses destinées aux
matériaux (isolants et conducteurs), est placé
en salle blanche.
La propreté n’est pas le seul critère sur-
veillé en cours d’extrusion. D’autres éléments
font l’objet d’une attention particulière:
■ L’obtention d’interfaces isolant/écrans
semi-conducteurs parfaitement lisses et
présentant une excellente adhérence,
■ L’homogénéité de l’isolant (réduction des
contraintes internes).
Aujourd’hui, le fondement de l’engagement
d’ABB en matière de fiabilité réside dans la
modélisation numérique des procédés de
fabrication et des nouveaux environnements
d’application. Á cette fin, des recherches sont
conduites dans plusieurs directions: viscoélas-
ticité non linéaire en mécanique des solides,
diffusion des macromolécules dans un réseau
de polymères semi-cristallin et mécanique des
fluides non newtonienne.
Constitution du câble
La figure illustre le câble 400 kV utilisé en
essai de qualification. L’âme en cuivre de
1600 mm2 de section est divisée en 5 seg-
ments afin de réduire les pertes par effet de
peau. Pour les sections dépassant 1000 mm2,
ABB utilise des conducteurs segmentés
(Milliken) constitués d’un toron de fils et,
pour des sections inférieures à 1000 mm2, des
conducteurs fortement compactés permettant
d’obtenir une surface plus ronde et plus lisse.
L’écran métallique se compose de fils de
cuivre sur un matelas de papier crêpé pour
amortir les effets thermomécaniques transmis
à l’isolant. Le nombre de fils et la section
totale du câble sont dictés par les exigences
de tenue aux courants de court-circuit du
réseau. L’étanchéité longitudinale est réalisée
par remplissage des espaces entre fils à l’aide
d’une matière sèche qui gonfle en présence
d’humidité.
Une gaine extérieure anticorrosion assure
la protection mécanique; elle est constituée
d’une enveloppe laminée, extrudée et
résistante, en polyéthylène haute densité
(PEHD), ainsi que d’une feuille d’aluminium
1
16
14
12
10
8
6
4
2
0525420245123
Umax [kV]
E [k
V/m
m]
1973 1985 1996 2000
2 Câbles isolés au PR: évolution des gradients de conception selon l’année
de mise en service
Bleu Ecran semi-conducteur externe
Rouge Ecran semi-conducteur interne
E Gradient électrique
Umax Tension
HV Cable Technology
Revue ABB 4/2000 37
contrecollée pour empêcher la diffusion de
l’eau dans le câble.
Il en résulte un câble allégé présentant de
multiples avantages: la possibilité de bobiner
sur un même touret de plus grandes
longueurs de câble, la suppression des fortes
pertes par courants de Foucault dans la gaine
et l’optimisation de la capacité de transport.
Plusieurs types de protection extérieure
sont envisageables:
■ Un écran semi-conducteur extrudé pour
permettre des mesures sur la gaine
extérieure,
■ Un écran extrudé fabriqué en matériau
retardateur de flamme pour renforcer la
sécurité du câble en environnement
dangereux.
Autre possibilité, la surveillance de la tem-
pérature, dans un encombrement minimal,
par fibre optique. Les fibres sont logées dans
un tube d’acier inoxydable intégré à l’écran
métallique du câble et de taille à peu près
identique à celle d’un fil de la gaine.
Cette méthode de contrôle thermique
permet d’optimiser la charge du câble.
Epaisseur d’isolant
Le gradient de service des câbles HT à isola-
tion PR augmente avec le niveau de tension
. Il y a dix ans, un câble bien conçu
pouvait cumuler des centaines d’heures
d’exploitation sous très fort gradient sur con-
ducteur (50 kV/mm) [1]. Quelques années
plus tard, l’expérience sur le terrain démontre
que l’exposant n de durée de vie augmente
avec la baisse du gradient électrique. Il est
donc possible d’envisager un gradient de
seuil proche de 50 kV/mm . Dans le
même temps, la technologie des câbles HT
en PR, la mise au point de matériaux d’une
grande pureté, ainsi que les techniques de
manutention et de fabrication connaissaient
une évolution considérable.
Cette expérimentation, associée aux essais
réalisés par ABB sur les câbles au PR, a
montré que des gradients d’essai d’au moins
40 kV/mm peuvent être d’usage courant.
Des gradients supérieurs, tout en améliorant
éventuellement l’efficacité du test, ont peu
d’incidence sur la durée de vie du câble.
Conclusion: le gradient de service des câbles
THT isolés au PR pourrait bientôt dépasser
15 kV/mm.
Matériels de raccordement
Au début des années 90, ABB met au point
une jonction de câble THT préfabriquée,
totalement sèche (ni gaz, ni fluide de remplis-
sage) et sans maintenance. Ses constituants
actifs peuvent donc être contrôlés en usine
afin d’accélérer le montage au site tout en
réduisant les risques traditionnellement liés à
cette opération .
Cette jonction est constituée d’un bloc
isolant en résine époxy comportant une
électrode interne de contrôle de champ.
4
3
2
3 Durée de vie des câbles à isolation PR d’ABB; évolution temporelle (t)
de la tenue au claquage (E)
4 Jonction préfabriquée ABB pour câble THT, ne contenant ni gaz ni fluide de
remplissage et ne nécessitant aucun entretien.
70
60
50
401.0E-01 1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 1.0E+06
1 10 100 yearst [h]
Eb [k
V/m
m] Measured
PredictedMeasured hold value
38 Revue ABB 4/2000
La parfaite adhérence électrique de l’élément
préfabriqué sur le câble est assurée par des
cônes de contrainte en caoutchouc associés à
un déflecteur de champ intégré. Ces cônes
sont précontraints par un ressort métallique,
ce qui assure une répartition homogène de la
pression sur toutes les interfaces électriques,
quelle que soit la dilatation thermique du
câble ou des cônes. Le comportement de la
jonction a été vérifié par simulation à l’aide
de la méthode des éléments finis par les
spécialistes d’ABB Corporate Research. Une
certaine pression est nécessaire au niveau des
interfaces électriques si l’on veut garantir leur
tenue aux champs électriques élevés .
Pour formaliser et garantir la fiabilité de la
conception de ces interfaces électriques, ABB
a conçu un dispositif expérimental capable
de produire un champ électrique tangentiel
quasiment pur. D’autres études ont porté sur
la répartition de la température dans le bloc
isolant . La jonction intègre également un
capteur capacitif permettant de mesurer et de
contrôler les décharges partielles (DP) sur le
site, après pose du matériel.
La jonction est dotée d’une gaine isolante
satisfaisant aux exigences de la CIGRÉ (revue
Electra n° 128), qui impose une tenue à des
tensions de choc de 125 kV entre les deux
parties de la jonction et de 63 kV par rapport
à la terre. Cette conception permet la permu-
tation d’écran (technique du cross-bonding),
ce qui réduit les courants induits dans l’écran
et les pertes dans la liaison par câble en
courant alternatif.
Le système de câble complet (avec jonc-
tion, extrémités d’extérieur et extrémités SF6)
a pleinement satisfait toutes les exigences de
l’essai de qualification.
6
5
25
20
15
10
5
10 20 30 40 500
p [N/cm2]
Et [
kV/m
m]
Impulse
AC
5 Résistance au claquage (tangentielle, Et) de l’interface caoutchouc-époxy en
fonction de la pression au niveau de l’interface (p)
1 2 3 54
6 Répartition de la température dans la jonction, calculée par la méthode des
éléments finis, dans l’air
Tamb 25°C; température du câble 95°C; rouge 65°C; bleu 40°C
1 Dispositif de pression
2 Cône de contrainte en caoutchouc
3 Enveloppe de la jonction
4 Bloc isolant
5 Electrode centrale
HV Cable Technology
Revue ABB 4/2000 39
Essai de câbles 400 kV et 500 kV
Les câbles MT sont habituellement pensés en
termes de composants; même de sources dif-
férentes, ils peuvent être assemblés et per-
mettre au système dans son ensemble de
continuer à fonctionner. C’est la raison pour
laquelle les dispositions de fabrication de la
publication CEI 60502 fixent des limites aux
contraintes électriques imposées à ces
éléments.
Les câbles HT-THT, en revanche, sont des
systèmes. Leurs niveaux de tension ne sont
régis par aucune disposition de fabrication,
à l’exception des prescriptions d’essai de la
norme CEI 60840 et de l’avant-projet
CEI 62067.
Qualification selon CEI 62067
Le programme de qualification des câbles HT-
THT conjugue les essais de type et un essai
de préqualification; ce dernier vise à tester le
câble dans des conditions réelles d’installation
par application simultanée d’une contrainte de
tension et de contraintes thermomécaniques
auxquelles le câble sera soumis en service.
Le vieillissement accéléré du câble est obtenu
en augmentant la période d’essai, qui passe
de 20 jours (pour des essais de type clas-
siques) à 1 an. On simule alors les efforts ther-
momécaniques en exécutant des cycles à
pleine charge sur une longueur de câble
supérieure à celle utilisée en essai de type.
Á noter que le câble est posé dans les mêmes
conditions que sur le terrain.
On applique au système complet (câble
de 100 m + accessoires) une tension de
1,7 Uo1) pendant 1 an, période durant
laquelle il exécute un minimum de 180 cycles
de charge à des températures de 90 à 95 °C et
à température ambiante. Pour finir, des
échantillons de câble sont soumis à un essai
de choc de foudre.
Essais individuels et sur site
Contrairement aux essais de type et de
préqualification, les essais individuels et sur
site portent sur des composants destinés au
service. Les efforts appliqués durant ces tests
doivent donc être soigneusement choisis
pour éviter toute détérioration. L’avant-projet
de norme CEI 62067 préconise un gradient
de seuil de 30 kV/mm, mais autorise un
allongement de la durée d’essai pour com-
penser la tension inférieure (la tension d’essai
individuel minimale étant de 1,5 Uo sur une
durée maximale de 10 heures). En ce qui
concerne l’isolant (pour lequel les valeurs
de seuil ne posent pas de problème), le
fournisseur peut accroître Uo et ramener la
durée d’essai à 30 minutes.
La publication CEI 62067 recommande
qu’un essai de gaine en CC et/ou un essai
sous tension alternative soit effectué sur
l’isolation principale après pose des câbles et
montage des accessoires. Si l’on se contente
de l’essai de gaine, les mesures d’assurance
de la qualité durant l’installation des acces-
soires peuvent se substituer à l’essai sur
l’isolant.
Les mesures de décharges partielles (DP)
sont réalisables durant l’essai sous tension
alternative; néanmoins, les câbles étant déjà
testés individuellement en usine, ces mesures
peuvent se limiter aux accessoires installés
sur le site. Les accessoires de câble modernes
intègrent des capteurs permettant la mesure
7 Une première européenne : la liaison 400 kV à isolation PR d’Altbach en
Allemagne
1) Uo = tension assignée entre conducteur et écran
40 Revue ABB 4/2000
de DP avec la sensibilité requise. Ces derniers
peuvent être reliés à un système de surveil-
lance pour obtenir davantage d’informations
sur le comportement du matériel en service.
Chaque capteur envoie alors son signal par le
biais d’une fibre optique et d’un coupleur
spécial à une unité de traitement pour
affichage et diagnostic.
Un système de surveillance de ce type
équipe aujourd’hui une liaison par câble
400 kV à isolation PR, en Allemagne.
Réalisations et projets de
liaisons par câbles à isolation
PR en 400 et 500 kV
C’est en 1993 qu’ABB remporte auprès de
l’opérateur allemand Neckarwerke son
premier contrat à 400 kV pour la fourniture et
l’installation d’un câble en PR reliant le trans-
formateur principal à l’appareillage isolé au
SF6 pour un nouveau générateur de la cen-
trale thermique d’Altbach/Deidizau. Ce câble
bénéficie d’une étanchéité longitudinale et
radiale; il se compose d’une âme aluminium
800 mm2, d’un écran cuivre 150 mm2 et d’un
gainage laminé en aluminium contrecollé
à une gaine en PEHD. Il est équipé
d’extrémités extérieures, côté transformateur,
et d’extrémités SF6, côté appareillage.
Le circuit de 380 mètres est installé sur un
chemin de câble doté de tablettes pour
chaque élément unipolaire. Sa mise en
service remonte à août 1996 .
En 1996, ABB reçoit également une
commande de l’opérateur Bewag pour la
fourniture et l’installation d’une liaison
400 kV par câble isolé au PR dans un tunnel
souterrain de 6,3 km, au centre de Berlin.
Cet ouvrage ventilé, de grand diamètre (3 m),
chemine à quelque 25-35 mètres sous terre
. La liaison (âme Cu segmentée 1600 mm2,
capacité de transport de 1100 MVA) fait
partie d’une diagonale reliant les réseaux de
transport à l’ouest et à l’est de la capitale.
Les trois phases du câble sont super-
posées et fixées sur des supports spéciaux
espacés de 7,2 m. Pour résister aux forces
résultant d’un court-circuit, le câble est muni
d’un séparateur à mi-portée entre les sup-
ports. La liaison compte neuf sections de
longueur unitaire de 730 m environ. Des
extrémités SF6 équipent les deux postes élec-
triques et la nouvelle jonction préfabriquée
d’ABB relie les différents tronçons. Le câble
est constitué de trois sections principales à
permutation d’écran (technique du cross-
bonding), elles-mêmes divisées en trois
sous-sections.
La mise en service de la liaison fut
l’occasion d’exécuter des essais en tension
alternative 400 kV (1,73 Uo), associés à des
mesures de DP sur tous les accessoires.
Le réseau est opérationnel depuis décembre
1998.
Fin 1998, l’opérateur allemand confiait à
ABB un second projet de liaison par câble
isolé au PR de 400 kV, sur une longueur de
5,4 km située également en réseau souterrain.
Il s’agissait en fait de compléter la diagonale
de raccordement des réseaux de transport
ouest-est de Berlin. La livraison eut lieu en
juillet 2000.
En mai 1999, ABB reçoit sa première
commande de liaison par câble à isolation
PR à 500 kV. Le contrat comprend deux
circuits de près de 400 m de long pour une
centrale hydroélectrique en Chine. Les câbles
relient les transformateurs logés dans la
caverne à un appareillage SF6 situé en
surface: près de 150 mètres du tracé
s’effectuent à la verticale. Le câble doit être
livré au terme des essais de préqualification.
L’installation est prévue pour 2001.
8
7
8 Câble 400 kV dans un tunnel de 6,3 km creusé sous le centre-ville de Berlin
Revue ABB 4/2000 41
Nouvelles liaisons sous-marines
En 1998, ABB se voit attribuer le projet
Channel Islands Electricity Grid Project qui
vise à renforcer l’alimentation électrique de
Jersey par la France et à relier pour la pre-
mière fois Guernesey au réseau continental.
Le volet sous-marin du projet a été finalisé
en juillet 2000.
La fourniture se compose principalement:
■ de câbles sous-marins entre la France
et Jersey, et entre Jersey et Guernesey
(sur environ 70 km),
■ de câbles enterrés sur Jersey et Guernesey,
■ de postes isolés au SF6,
■ de nouveaux transformateurs et réacteurs.
La tension réseau est de 90 kV. Si le projet
prévoyait à l’origine des câbles sous-marins à
l’huile fluide, ce sont finalement les câbles à
isolation PR qui l’ont emporté par leur
supériorité tant technique qu’écologique.
Les deux câbles sous-marins sont de
même construction (triphasés sous gaine de
plomb et isolation PR réalisée par triple extru-
sion). Chacun intègre un câble de 24 fibres
optiques pour les communications réseau
et les télé-déclenchements. Ils possèdent
également une double armure métallique,
constituée d’un écran interne pour résister
aux efforts de traction et d’un écran externe,
qui les protègent des phénomènes marins
(courants et marées) et de la pêche.
Ces câbles ont un diamètre d’environ
250 mm pour une masse dans l’air voisine
de 85 kg/m.
Les deux câbles ont été livrés par l’usine
dans leur longueur totale, ce qui évite le
jonctionnement sur site. On doit cette
prouesse à une nouvelle machine à support
vertical permettant la fabrication de câbles
de la longueur voulue.
Le projet comprenait aussi des câbles
sous-marins à fibre optique armés, cheminant
parallèlement aux câbles d’énergie.
Pour parer aux risques de bris par les
activités de pêche, les câbles reliant Jersey
et Guernesey et les câbles FO entre Jersey
et la France ont été ensouillés dans le lit de
la mer.
Autre projet de câble sous-marin confié à
ABB, celui de la traversée Ma Wan and Kap
Shui Mun Cable, à Hong Kong. Compte tenu
de la navigation intense sur ce canal, ABB
renonça à l’installation classique des circuits
132 kV et 11 kV qui auraient sans doute
perturbé le trafic maritime, même en utilisant
des techniques modernes. Il fallut donc forer
sous le lit de la mer pour y installer des
conduites de tirage des câbles; cette solution
présente l’intérêt supplémentaire de favoriser
l’évolutivité de la liaison.
Le projet comprend aussi l’installation
de systèmes indépendants de surveillance
du circuit en exploitation. L’achèvement
des travaux est prévu pour début 2002.
Les progrès du câble
au service des dernières
innovations d’ABB
Plusieurs innovations d’ABB dans le
domaine du transport et de la distribution
d’énergie bénéficient de la technologie
avancée de câbles HT: la liaison courant
continu haute tension HVDC Light lancée
en 1997, le générateur Powerformer™
inauguré en 1998, le transformateur
Dryformer™ commercialisé en 1999 et le
nouvel aérogénérateur Windformer™ pour
la production d’électricité éolienne offshore
et littorale et son transport jusqu’au réseau
de la compagnie d’électricité.
Powerformer™, Dryformer™ et
Windformer™
Le succès commercial du Powerformer™ [2],
du Dryformer™ [3] et du Windformer™ [4]
tient en partie à l’isolation au PR qui, malgré
ses dimensions réduites, garantit les hauts
niveaux de tension exigés par l’application.
La mise à la masse et la protection des câbles
dans ces machines permettent de s’affranchir
de l’écran et de la gaine extérieure, ce qui
contribue à l’allégement du câble et, ce
faisant, à la compacité des appareils.
Des critères spécifiques sont à la base du
développement de ce câble: répondre aux
exigences du courant transporté par un
conducteur à faibles pertes conçu pour
opérer dans un champ magnétique externe,
s’adapter à la haute tension et offrir une
construction compacte, totalement circulaire.
HVDC Light
Les liaisons à courant continu haute tension
(CCHT) servent au transport massif (princi-
palement sous-marin) de fortes puissances
sur de longues distances. Elles font appel au
traditionnel câble isolé au papier imprégné
d’huile à haute viscosité. Si ce dernier
présente bien des avantages techniques, sa
fabrication est longue et délicate et le produit
fini souffre d’une piètre résistance mécanique.
Rien d’étonnant à ce que les industriels aient
longtemps cherché à mettre au point un
câble extrudé CCHT semblable à celui
exploité en courant alternatif.
Les difficultés auxquelles se heurte la
réalisation d’un tel câble portent avant tout
sur la formation et l’évolution des charges
dans le matériau qui peuvent conduire à une
augmentation inacceptable du champ élec-
trique local menant au claquage. Outre une
42 Revue ABB 4/2000
faible accumulation de charges d’espace, les
matériaux utilisés doivent offrir une résistivité
et une tenue diélectrique élevées.
De nouveaux types d’accessoires courant
continu ont aussi été développés. Ce travail,
qui s’est surtout concentré sur les phéno-
mènes d’interface sous contrainte élevée
entre les matériaux, a débouché sur des
jonctions tant rubanées que préfabriquées,
adaptées au transport par câble extrudé CC.
Autre nouveauté, des extrémités pré-
fabriquées à isolant polymère avec contrôle
résistif du champ électrique continu.
Avec le HVDC Light [5], ABB inaugure
une nouvelle génération de système par
câbles à isolation PR qui, associé à des con-
vertisseurs à IGBT, fait des liaisons CCHT un
mode de transport concurrentiel même à de
faibles niveaux de puissance. Le premier
réseau, d’une puissance nominale de 50 MW,
fut implanté sur l’île suédoise de Gotland
pour acheminer la production électrique
d’une centrale éolienne vers la ville de Visby
[6]. Le dernier projet en date concerne la con-
nexion «Directlink» (80 kV/180 MVA) reliant
les Etats australiens de la Nouvelle-Galles du
Sud et du Queensland.
Si le HVDC Light confirme la viabilité du
transport d’énergie CCHT pour les liaisons de
moindre puissance, les systèmes de câble
extrudé peuvent à l’évidence servir à des
niveaux de tension supérieurs. ABB propose
actuellement des liaisons HVDC Light jus-
qu’à 150 kV.
Plusieurs applications sont envisageables:
■ Alimentation de charges isolées,
■ Raccordement de réseaux asynchrones,
■ Transport de l’énergie produite par de
petites centrales (éoliennes, par exemple),
■ Réseaux en courant continu,
■ Installations CCHT réalisées en eau
profonde, loin des interconnexions.
La déréglementation
change la donne
L’ouverture du marché de l’électricité à
la concurrence bouleverse les règles
de la production, du transport et de la
distribution, tant pour les opérateurs que
pour les fournisseurs. C’est désormais au
client-utilisateur d’occuper le devant
de la scène. L’ensemble de la profession
doit donc être davantage à l’écoute de
l’opinion publique qui ne manquera
pas à l’occasion de réclamer l’«effacement»
des infrastructures de transport et de
distribution.
Tous les acteurs de ce nouveau marché
doivent comprimer leurs coûts tout en
garantissant la fiabilité de leurs réseaux de
transport et de distribution.
Un scénario probable verra la construction
de nouvelles interconnexions par câbles et
l’utilisation plus poussée des marges
d’exploitation afin de tirer le maximum de
bénéfices technico-économiques du réseau
électrique. Des réseaux plus «intelligents»
verront le jour, sans doute en partenariat avec
les opérateurs de réseaux à fibre optique.
De même, les électriciens externalisent
leurs activités non fondamentales et troquent
volontiers leur vocation de technicien ou de
gestionnaire pour celle de spécialiste du
négoce d’électricité. Les solutions électriques
5
10
15
20
25
30
01986 2000199819961994199219901988
CR
400 kV (XLPE)
130 kV (OHTL)
9 Comparaison des rapports de coûts (CR) entre une liaison par câble isolé au
PR (XLPE) et une ligne aérienne (OHTL) au cours des deux dernières décennies
10 Baisse régulière des taux de défaillance en service des câbles installés
HV Cable Technology
Nordel: all cables
ABB: XLPE
0.5
0.1
40 kV 130 kV 220 kV 400 kV
Revue ABB 4/2000 43
globales et les fournitures clé en main devien-
dront plus attractives pour les nouveaux clients
qu’ils courtisent.
Les liaisons à isolation synthétique ont un
rôle de premier plan à jouer dans ce contexte
concurrentiel, surtout lorsqu’il s’agit de subs-
tituer les câbles enfouis aux lignes aériennes.
Le coût des câbles au PR a diminué tout
au long de cette décennie et cette tendance
se confirmera à l’avenir, parallèlement à
l’accroissement considérable de leurs
performances. Leur compétitivité technique,
économique et écologique ne fait aujourd’hui
plus de doute, notamment dans la gamme de
tensions 12-170 kV .
Isolation extrudée – performances
et perspectives
Les taux de défaillance en service des câbles
en PR installés n’ont cessé de baisser au fil des
ans. La figure compare les taux de défail-
lance communiqués par Nordel (société pour
l’échange d’informations entre les membres du
marché électrique des pays scandinaves) et les
données ABB. Les statistiques de Nordel
prennent en compte tous les types de câbles,
alors que celles d’ABB se limitent aux câbles
à isolation PR de plus de 100 kV.
La tendance générale est à la réduction de
l’épaisseur d’isolant avec, comme résultat,
l’allégement du câble et une kyrielle
d’avantages: plus grandes longueurs de liaison,
diminution du nombre de jonctions, facilité
d’installation et réduction des phénomènes
de rétraction et de dilatation thermiques de
l’isolant.
L’expertise acquise tout au long du
développement des systèmes de câbles THT
isolés au PR, les progrès réalisés dans le
domaine des matériaux et des procédés, ainsi
que l’excellent palmarès en service du
polyéthylène réticulé, tout indique que l’épais-
seur d’isolant passera bientôt à 10-12 mm pour
les câbles 132 kV. Cette évolution jette un
éclairage nouveau sur la comparaison des
liaisons par câbles isolés au PR par rapport aux
lignes aériennes; le rapport des coûts avoisine
1:1 pour la nouvelle gamme de câbles de
distribution à 50-170 kV. (Soulignons à cet
égard que, pour des tensions comprises entre
50 et 245 kV, le rapport des coûts tout au long
du cycle de vie du produit se situe entre 1:1 et
1:1,5.)
Deux technologies en lice: câbles
enterrés et lignes aériennes
Nombreux sont bien sûr les paramètres
d’exploitation, de sécurité, de respect de
l’environnement et d’économie qui différen-
cient les liaisons par câbles isolés au PR des
lignes aériennes. Pour la nouvelle gamme de
câbles de distribution (50-170 kV), ce sont les
avantages économiques, écologiques et de
fiabilité accrue qui dominent. De par leur plus
grosse section, les câbles subissent d’ordinaire
moins de pertes par MVA que leurs
homologues aériens. Leurs atouts sont résumés
dans le tableau.
Les puissances nominales des lignes
aériennes sont en général dictées par les fortes
consommations hivernales (systèmes de
chauffage). Par contre, en période estivale, ces
lignes transportent 50 % de moins d’électricité
qu’en hiver, ce qui les rend moins attractives
si les courbes de charge doivent être lissées à
l’avenir. Dans les régions où la demande
énergétique liée à la climatisation est impor-
tante, par exemple, les liaisons PR enterrées
s’imposent d’elles-mêmes .
Les lignes de transport enterrées offrent
également une meilleure capacité en surcharge
pour des durées inférieures à 60-90 minutes en
raison de la masse thermique élevée du sol
environnant.
12
11
10
9
11 L’ancienne (gauche) et la nouvelle (droite)
générations de câbles isolés au PR
Air/soil temperature
Am
pac
ity
Soil
OHTL
XLPE cables
12 Capacité de transport d’une ligne aérienne (OHTL) comparée à celle d’un
câble enterré à isolation PR (XLPE). Les pointillés indiquent que des puissances
supérieures pourraient être transitées si la courbe de charge quotidienne était
prise en compte.
44 Revue ABB 4/2000
Bibliographie[1] K.B. Mueller, U. Tretow, B. Dellby, C. Hjalmarsson : XLPE cable and technologies for operating voltages of 245 kV and above.
IEEE/PES, T&D Conference, New Orleans, 1989.
[2] M. Leijon: PowerformerTM – une machine tournante résolument neuve. Revue ABB 2/98, 21-26.
[3] T. Andersson et al : Nouveau transformateur sec Dryformer™: une étape décisive dans la maîtrise de l’environnement. Revue ABB 3/00, 59-64.
[4] M. Dahlgren et al : WindformerTM : Production à grande échelle d’électricité d’origine éolienne. Revue ABB 3/00, 31-37.
[5] K. Eriksson : Les liaisons CCHT légères révolutionnent les transports d’énergie. Revue ABB 1/98, 4-9.
[6] M. Byggeth et al : The development of an extruded HVDC cable system and its first application in the Gotland HVDC Light project. JICABLE 1999.
D’autres facteurs jouent en faveur de
l’installation de liaisons HT isolées au PR:
■ Les entreprises de génie civil ont aussi
réorganisé leurs activités et réduit leurs
coûts,
■ Des programmes de mise en œuvre de
réseaux FO large bande sont en cours,
■ L’installation de fibres optiques le long
des câbles d’énergie est une pratique
courante et bien maîtrisée.
Le futur au présent
Les liaisons par câbles extrudés proposées
aujourd’hui sont des solutions globales
multiservices, pour lesquelles le fournisseur
s’engage «du berceau à la tombe». Ce sont
des prestations clé en main, tant au sens
commercial que technique, qui démarrent
avec la demande de permis, se poursuivent
avec la fourniture et l’enfouissement des
câbles ainsi que l’enlèvement des lignes
aériennes, pour se terminer par l’élimination
écologique des vieux matériels.
Des solutions complètes peuvent aussi
prendre la forme d’une offre intelligente,
conjuguant équipements de surveillance,
convertisseurs, répartiteurs de charge,
compensateurs séries et/ou parallèles…
sans oublier les instruments financiers:
le crédit-bail et un nouveau type de garantie
de disponibilité constitueraient ici une parade
de choix à nombre d’aléas commerciaux.
Toutes ces perspectives ébauchent un
nouveau paysage du transport et de la
distribution électriques, résolument tourné
vers le client. Les solutions de liaisons par
câbles à isolation extrudée sont appelées
à jouer un rôle majeur dans ce marché
énergétique en pleine mutation, grâce
à leur aptitude à répondre aux impératifs
du présent tout en sachant relever les
défis de demain.
Tableau: Avantages des câbles de transport enterrés
Auteurs
Dr Björn DellbyABB Transmission and DistributionManagementABB Power SystemsSE-721 64 Västerås, Suè[email protected]
Gösta BergmanJohan P. KarlstrandABB High Voltage CablesPO box 546SE-371 23 Karlskrona, Suè[email protected]@se.abb.com
Dr. Johannes KaumannsABB Energiekabel GmbHRhenaniastrasse 12–30DE-68199 Mannheim, [email protected]
Respect de l’environnement
Absence de préjudice visuel,
Réduction ou suppression du
rayonnement électromagnétique,
Sécurisation du personnel
d’exploitation, diminution des
risques d’amorçage dans l’air,
Amélioration des conditions de travail.
Sécurisation du réseau
Insensibilité aux conditions
atmosphériques (vent,
neige, gel, brouillard …),
Pas d’incitation au vol.
Economies
Moins d’entretien,
Investissement minimal pour les
traversées sous lacs et rivières,
Réduction de l’emprise au sol,
Pas de dépréciation immobilière.
Exploitation
Disponibilité accrue, réduction des
défauts,
Moindres pertes par MVA,
Plus grande puissance en
surcharge sur une courte durée.
HV Cable Technology
