Changement de technologie : Accent accru sur la durabilité et l'innovation dans la conception des câbles et des conducteurs

Le secteur de l'électricité connaît une forte augmentation de la demande de câbles et de conducteurs, tirée notamment par la croissance des énergies renouvelables. La croissance croissante de l'énergie solaire a entraîné une augmentation de la demande de câbles basse tension et haute tension (HT). De plus, avec la montée en puissance des installations de réseaux intelligents grâce au programme remanié du secteur de la distribution et à d'autres programmes parapluies, la demande de câbles et de conducteurs haute performance a également augmenté. Un examen plus approfondi des tendances technologiques récentes dans cet espace.

Câbles

La conception et les matériaux des câbles ont évolué au fil des ans, les câbles extrudés secs remplaçant de plus en plus ceux isolés au papier humide. Il y a eu un changement visible des systèmes d'isolation à base de papier et d'huile vers des matériaux isolants à base de polymère synthétique, de polyéthylène (PE) et de polyéthylène réticulé (XLPE). Le XLPE est préféré car il permet aux câbles de fonctionner à des températures plus élevées, ce qui augmente la capacité de transport de courant. Il est également plus facile à traiter et à gérer. Les pertes diélectriques sont réduites et la résistance électrique intrinsèque du XLPE est plus élevée, ce qui est une autre raison de sa forte dépendance. Auparavant, les câbles OF, dotés d'isolants en papier, étaient utilisés pour des tensions de 154 kV et plus pour la transmission des centrales électriques aux sous-stations. Bien qu'ils soient encore largement utilisés, ils sont lentement remplacés par des câbles XLPE.

Une autre tendance clé a été l'utilisation de câbles à très haute tension (EHV). Les câbles THT sont polyvalents, car ils peuvent être enterrés directement sous terre. Ils peuvent également être enterrés dans des conduits, des tranchées et des tunnels. Ils peuvent être facilement utilisés pour la transmission à 66 kV et plus. Ils conviennent aux systèmes de distribution des services publics d'électricité, des industries à forte consommation d'énergie et des centrales solaires et thermiques. Ils conviennent également aux lignes aériennes dans les zones densément peuplées. Les câbles EHV continuent d'être utilisés dans les derniers projets au Karnataka, au Bihar, au Madhya Pradesh et au Maharashtra.

De plus, avec la demande croissante d'électrification souterraine et sous-marine, les fournisseurs travaillent activement au développement de nouvelles technologies avec des câbles HT et une isolation diélectrique plus fine. Les tuyaux remplis de fluide à haute pression, les tuyaux remplis de gaz à haute pression, les câbles autonomes remplis de fluide/imprégnés de masse et les câbles en caoutchouc éthylène-propylène sont quelques-unes des nouvelles technologies à l'étude.

Plusieurs nouveaux câbles ont également été développés pour des domaines d'application spécifiques. Par exemple, les câbles solaires sont conçus pour répondre à l'objectif spécifique d'évacuation de l'énergie solaire des modules photovoltaïques (PV). Ils sont constitués de composites de plusieurs fils isolés, enveloppés par une gaine extérieure. Ils sont conçus pour supporter des rayonnements ultraviolets (UV) élevés et des températures élevées, et sont résistants aux intempéries. Ils sont généralement installés à l'extérieur ou à l'intérieur de panneaux solaires. Ces câbles sont connectés du côté courant continu (CC) du système. Les câbles qui relient des modules PV individuels dans une chaîne pour former un générateur PV sont appelés câbles de chaîne. Le câble CC principal relie la boîte de jonction du générateur à l'onduleur. L'énergie PV est sous forme CC avec une basse tension et un courant élevé, ce qui entraîne des différences de principe pour les câbles CC. Les câbles CC reliant les modules, ainsi que ceux reliant le boîtier de connexion du générateur et l'onduleur solaire, sont des câbles à deux conducteurs constitués d'un fil porteur de courant - généralement un fil rouge sous tension - et d'un fil bleu négatif. Les deux sont entourés d'une couche isolante.

Pendant ce temps, les câbles réticulés par faisceau d'électrons présentent les avantages d'une durée de vie accrue, d'une résistance à la température plus élevée, d'une capacité de transport de courant plus élevée, de propriétés physiques améliorées et d'une épaisseur réduite. Ils préviennent également les incendies causés par des surcharges ou des courts-circuits, et sauvent ainsi des vies et des biens précieux. D'autres avantages incluent une résistance élevée aux fluides tels que les huiles, les carburants, les acides et les alcalis, ainsi qu'aux UV et à l'ozone. Les câbles sont sans halogène et flexibles, avec un poids et un volume optimisés. Ils sont utilisés dans les aciéries, les ponts roulants électriques, les navires et les centrales électriques.

Conducteurs

Les conducteurs du nouvel âge tels que les conducteurs à haute température et à faible affaissement (HTLS), les supraconducteurs à haute température (HTS), les conducteurs en aluminium à support en acier, les conducteurs en aluminium à noyau composite, les conducteurs en aluminium renforcés de composite et les lignes à isolation gazeuse (GIL) sont capables de transporter des courants plus élevés et le maintien de températures plus élevées avec des pertes thermiques et techniques limitées. Alors que les HTS et les GIL n'ont pas encore vu de déploiement commercial dans le pays, les services publics ont pris des mesures pour installer des conducteurs HTLS et d'autres conducteurs à haute performance. En Inde, les conducteurs en aluminium renforcés d'acier (ACSR) et les conducteurs en alliage d'aluminium (AAAC) sont couramment utilisés pour la transmission d'énergie sur les lignes aériennes du système de transmission et de distribution.

Pour les HTS, une enveloppe cryogénique est utilisée pour le refroidissement, qui est une gaine isolée thermiquement qui utilise de l'azote liquide, qui entoure le câble et refroidit l'appareil. Les câbles HTS sont dix fois plus étroits que les câbles et lignes conventionnels. Grâce à ces fonctionnalités, les perturbations sont minimisées, le déploiement est augmenté et les coûts sont réduits. Comme ils ne nécessitent pas d'espace entre les phases, ces câbles sont une aubaine dans les zones où l'acquisition de terres est un problème majeur et où les pertes de distribution sont élevées. Les câbles supraconducteurs ont une résistance nulle ou quasi nulle, ce qui évite d'avoir à maintenir les conducteurs à basse température. Les câbles HTS peuvent être directement enfouis dans le sol, éliminant ainsi le besoin de tunnels et ne nécessitant aucun assèchement du sol, ce qui accélère la livraison du projet et réduit encore les coûts. Ils atteignent également plus profondément que les câbles conventionnels.

Pendant ce temps, les conducteurs HTLS se caractérisent par une résistance à haute température et une plus grande intensité que les conducteurs conventionnels. Alors que les conducteurs ACSR et AAAC conventionnels sont conçus pour fonctionner en continu à des températures de 85 °Celsius et 95 °Celsius respectivement, les conducteurs HTLS peuvent résister à des températures d'au moins 150 °Celsius et jusqu'à 250 °Celsius. De plus, les conducteurs HTLS ont une capacité de 30 % supérieure à celle des conducteurs conventionnels, et la caractéristique de faible affaissement signifie que les pylônes peuvent être plus petits. Les alliages d'aluminium dopés au zirconium conservent également leurs propriétés électriques et mécaniques à des températures élevées, ce qui rend ces conducteurs rentables et économes en énergie, avec une capacité accrue. À 400 kV, les conducteurs HTLS peuvent remplacer les conducteurs ACSR et AAAC à quatre faisceaux, selon la longueur de la ligne. Les actifs de transmission existants peuvent également être reconduits avec des conducteurs HTLS lorsque les structures ou les fondations des lignes existantes se sont détériorées, ou dans les cas où la ligne de transmission doit être revalorisée. Cependant, les lignes supérieures à 400 kV n'ont pas besoin d'être renforcées, car la puissance thermique existante est déjà bien supérieure aux limites de flux de puissance liées aux chutes de tension et aux déphasages.

Les GIL utilisent un gaz à haute rigidité diélectrique comme milieu isolant au lieu de l'air, pour réduire le dégagement électrique. La technologie s'accélère en Inde comme dans d'autres pays. Les GIL sont constitués de conducteurs en aluminium soutenus par des isolateurs contenus dans des tubes scellés sous pression avec de l'azote ou de l'hexafluorure de soufre gazeux. Le principal avantage des GIL par rapport aux câbles souterrains conventionnels est leur tension nominale plus élevée, avec des systèmes évalués jusqu'à 800 kV en fonctionnement dans le monde. De plus, les terminaisons aux extrémités des câbles sont moins complexes et moins sujettes aux défaillances dans les GIL. De plus, comme il n'y a pas de couches physiques d'isolation, la réparation et l'entretien des GIL sont faciles vis-à-vis des câbles souterrains. À l'heure actuelle, les GIL sont limités à des distances relativement courtes, mais la technologie est en cours de développement pour couvrir de plus longues distances.

Les services publics adoptent également des conducteurs couverts qui assurent une transmission fiable de l'énergie. Les conducteurs gainés utilisent un matériau isolant comme protection contre tout contact accidentel avec d'autres conducteurs gainés ou avec des parties mises à la terre telles que des branches d'arbres. Ce revêtement est suffisant pour supporter temporairement la tension simple. Les systèmes de conducteurs recouverts utilisés à divers niveaux de tension de distribution comprennent les conducteurs recouverts de XLPE/polyéthylène haute densité (gaine simple ou multiple), les systèmes de câbles aériens et les câbles d'espacement. Les principaux avantages des conducteurs gainés par rapport aux câbles aériens et souterrains nus sont une sécurité accrue et des coûts réduits.

Conclusion

Comme l'indiquent les tendances et les innovations technologiques actuelles, on peut s'attendre à un changement majeur vers la durabilité, réalisé grâce à des innovations dans les câbles et les conducteurs. L'industrie du fil et du câble se voit offrir une énorme opportunité de croissance alors que les services publics d'électricité mettent en œuvre des projets de modernisation du réseau et que le déploiement des énergies renouvelables prend de l'ampleur.