Extrémités entièrement synthétiques pour câbles à haute tension

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EXTREMITES ENTIEREMENT SYNTHETIQUES
POUR CABLES A TRES HAUTE TENSION
M.H LUTON * P. MIREBEAU P. DEJEAN F. LESUR V. CAPGRAS
Sagem Nexans Câbles Pirelli EDF R&D RTE - Réseau
de Transport
d'Electricité
FRANCE
1. INTRODUCTION
Depuis plus de quarante ans, les extrémités extérieures pour câbles Haute Tension (HT)
extrudés comportent traditionnellement un isolateur porcelaine rempli avec un fluide isolant
(huile ou gaz SF6). Même si le retour d’expérience de cette conception s’avère très positif, un
certain nombre d’inconvénients peuvent être notés.
D’une part, la présence d’un fluide à l’intérieur de l’isolateur requiert une étanchéité réalisée
avec soin afin d’éviter des fuites d’huile ou de gaz qui pourraient conduire en service à un
claquage électrique. Dans ce cas assez rare, certains fluides peuvent prendre feu sous
l’effet de l’arc interne et provoquer l’émission de gaz toxiques. Pour réduire ces risques et
améliorer la disponibilité des liaisons, ces extrémités sont parfois pourvues de systèmes de
surveillance et d’alarme qui maintiennent sous contrôle le fluide pendant l’exploitation.
D’autre part, les isolateurs porcelaine sont fragiles et lourds. Dans le cas extrême de
claquages interne, ou externe dû au vandalisme, il existe un risque d’explosion.
Enfin, dans les zones à risque sismique, des précautions spéciales doivent être prises.
Pour pallier ces inconvénients, deux nouvelles familles d’extrémités complètement sèches
ont été développées.
La première famille est celle des extrémités « flexibles » : ce sont des extrémités
suspendues à des structures munies de supports isolants.
La deuxième famille consiste en un nouveau type d’extrémités extérieures autoporteuses
sèches. Ce nouveau concept est basé sur un cône déflecteur traditionnel. L’isolateur est
préférentiellement de type composite. Il est rempli d’un matériau innovant qui, après
réticulation, prend la consistance d’un gel.
Le présent rapport traite de ces deux familles d’extrémités synthétiques.
21, rue d'Artois, F-75008 Paris
http://www.cigre.org © CIGRÉ
Session 2004
B1-109

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2. DESCRIPTION DES CONCEPTIONS D’EXTREMITES SYNTHETIQUES
Les extrémités synthétiques ont été développées pour les câbles à isolation extrudée.
L'expérience française dans ce domaine a été décrite dans le rapport 21-201 préparé pour la
session Cigré 1992 [1].
Comme indiqué dans ce rapport, la conception des extrémités synthétiques est basée sur
l'analyse de leurs fonctions principales :
• répartition du champ électrique,
• comportement en environnement pollué,
• passage du courant, connexion,
• étanchéité,
• mise à la terre,
• fixation.
On distingue aujourd'hui deux types d'extrémités synthétiques sans fluide de remplissage :
• les extrémités « flexibles »,
• les extrémités autoporteuses.
2.1. Extrémités flexibles
Les extrémités flexibles sont constituées selon le schéma de principe présenté sur la figure
1. Leur particularité essentielle est de ne recourir ni à l'utilisation d'un isolateur, ni à l'emploi
d'un fluide de remplissage.
Figure 1 - Schéma de principe des extrémités
synthétiques flexibles selon CIGRE 21-06
La répartition des lignes de champ au
niveau de l'arrêt d'écran du câble est
assurée par un bloc déflecteur en
élastomère, le plus souvent en EPDM ou
silicone.
Certains modèles peuvent également
intégrer l'emploi de matériaux spécifiques
de type "Répartiteur Linéaire de Tension".
Ces matériaux permettent une répartition
du champ électrique optimisée et un
encombrement réduit.
La ligne de fuite de l'extrémité est assurée
par la mise en place sur le câble
d'éléments préfabriqués également en
élastomère.
Dans le cas des extrémités flexibles, les
éléments constituant la ligne de fuite,
depuis la connexion haute tension jusqu'à
la prise d’écran, en passant par le bloc
déflecteur, sont en contact direct avec
l'extérieur. Une attention particulière doit
donc être apportée au choix des matériaux
qui les composent.
Ces derniers doivent en effet présenter une tenue satisfaisante aux contraintes combinées
diélectriques et climatiques (rayonnement solaire, pluie, brouillard salin, pollution, etc.).

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La structure de ces extrémités leur confère les propriétés essentielles suivantes :
• dimensions externes (diamètre) et masse réduite (environ trois fois plus léger qu’une
extrémité porcelaine HT équivalente),
• nombre de composants très limité,
• aptitude à l'emploi sur liaisons temporaires - intervention rapide.
2.2. Extrémités autoporteuses
Les extrémités autoporteuses sont d'un principe identique à celui des extrémités de type
extérieur avec isolateur composite. Leur particularité réside dans la substitution du fluide de
remplissage (huile ou SF6) par une matière de remplissage assimilable à un gel. Le schéma
de principe de cette extrémité est présenté sur la figure 2.
Figure 2 : Schéma de principe des extrémités
autoporteuses - selon CIGRE 21-06
Dans ce cas, la protection vis-à-vis de
l'environnement est assurée par l'isolateur.
C'est lui qui doit être dimensionné pour
supporter sans défaillance les contraintes
diélectriques et climatiques externes.
L'isolateur est constitué d’un tube en fibre
de verre protégé par une couche
d'élastomère en EPDM ou silicone. Le
bloc déflecteur employé est en contact
avec le gel de remplissage.
Les caractéristiques essentielles de cette
extrémité sont que :
• l'isolateur rigidifie l'extrémité et lui
confère son caractère autoporteur,
• le poids est diminué de 1,5 à 2 fois en
fonction de la classe de pollution de la
porcelaine de référence.
3. CARACTERISTIQUES PRINCIPALES
Le concept des extrémités synthétiques conduit à un nombre restreint de composants et
autorise un montage simplifié et rapide, ainsi qu’une réduction des délais d'intervention sur
site.
Le cycle de fabrication réduit des composants, et notamment celui de l’isolateur, rend la mise
à disposition plus rapide.
Un avantage majeur de ces accessoires synthétiques réside dans leur faible poids. Les
coûts de conditionnement et de transport sont alors réduits de manière appréciable. Il en est
de même pour celui des structures destinées à supporter ces équipements.
Il est possible de recenser de nombreuses variantes d’installation (pylônes, postes), avec ou
sans inclinaison des extrémités.

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La surveillance et la mise à niveau du fluide ne sont plus nécessaires. Cette caractéristique
est particulièrement appréciable pour des pylônes aérosouterrains, éloignés des systèmes
de contrôle commande et des sources d'alimentation.
Lors de défauts éventuels, le risque d’incendie ou d’explosion est considéré comme nul.
C’est un progrès considérable pour le personnel, le matériel et les riverains à proximité des
installations. On peut également souligner la résistance des extrémités synthétiques vis-à-vis
des actes de vandalisme et des contraintes sismiques
Enfin, l’absence de fluide réduit notablement la pollution susceptible d’être générée.
En outre, pour les extrémités flexibles, on peut noter que l’enroulement aisé de l’extrémité
sur touret permet une utilisation dans le cadre de liaisons temporaires.
Leur compacité entraîne un impact visuel particulièrement réduit qui contribue à une
meilleure intégration dans l’environnement.
4. EVALUATION DES PERFORMANCES
Alors que le développement des extrémités synthétique Haute Tension date d’il y a 20 ans,
quelques normes internationales les concernant n'ont été publiées que récemment [2]. Dans
la phase initiale du projet de développement des extrémités synthétiques haute tension, il
n'existait pas non plus de norme nationale.
Figure 3 : Extrémités composites en essai de
vieillissement accéléré sous contraintes
climatiques simulées
Des essais d'investigation d'extrémités
synthétiques Haute Tension en zone polluée
ont été conduits pendant plusieurs années.
Associés au retour d'expérience des
extrémités synthétiques moyenne tension
largement utilisées, ils ont servi de base à
l'élaboration des normes françaises. Il s'agit :
• De la norme NF C 33-064 [3] pour les
extrémités synthétiques jusqu'à 150 kV,
• De la norme C 33-065 [4] pour les
extrémités à enveloppe composite de
tension supérieure à 150 kV.
Elles introduisent dans le corps d'essais une
évaluation du comportement de l'extrémité
sous contrainte climatique [5] issu de Electra
88 (1983) [6] et repris dans la CEI 1109
(1992) [7] :
• essais de vieillissement accéléré
sous contraintes climatiques
simulées (5 000 h). Figure 3.
• essais de tenue au cheminement sur matériaux (2 000 h),
• essais de tenue en atmosphère humide et sous condensation (240 h),

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Les performances électriques requises sont identiques à celles des extrémités à enveloppe
porcelaine :
• essais de courte durée (24 h),
• essais de longue durée (6000 h),
• essais de court circuit de la connexion Haute Tension et de la prise d'écran.
Les essais mécaniques sont spécifiques aux extrémités autoporteuses :
• essai "cantilever" de même niveau que celui des extrémités porcelaines,
• essai de tenue à l'arc interne.
Il s'agit du corps d'essais le plus complet appliqué à des extrémités extérieures. Le temps
cumulé de tous les essais est important.
Les produits qualifiés ont à ce jour un comportement en service sans reproche.
5. PREMIERES INSTALLATIONS
Les extrémités flexibles (figures 4 et 5) sont essentiellement installées soit sur pylône soit
dans des postes (en intérieur ou en extérieur) ou bien encore dans le cas d’installations
temporaires utilisant des liaisons pré-équipées prêtes à l'emploi sur site.
Figure 4 : Extrémités flexibles sur
pylône bois
Figure 5 : Extrémités flexibles sur
pylône métallique
Les extrémités autoporteuses (figures 6 et 7) peuvent être installées en poste ou sur
pylône, en position verticale ou inclinée.