Compatibilité des câbles lors de l’enfouissement

L’une des clés des installations souterraines est la longévité des câbles. Les améliorations apportées à la conception des câbles augmentent la durée de vie de l’installation. Lorsque le câble est tiré dans le conduit, deux autres facteurs importants pour la longévité du câble impliquent les lubrifiants de câble. Les lubrifiants réduisent la friction lorsque les fils ou câbles lourds et rigides sont tirés sur de longues distances dans des conduits enterrés. Parce que ces systèmes de câbles sont chers, et parce que 90 % des dommages sur les câbles se produisent lors de l’installation, généralement en raison de l’utilisation d’une quantité insuffisante ou d’une qualité inadéquate de lubrifiant, un lubrifiant spécialisé à haute performance est requis.

Mais à l’intérieur du conduit, il y a une préoccupation secondaire. Une fois le câble tiré avec succès, le lubrifiant ou ses résidus séchés restent en contact avec la gaine du câble pendant des décennies. Ainsi, la compatibilité entre le câble et le lubrifiant est essentielle. Les lubrifiants incompatibles endommagent les gaines des câbles et peuvent raccourcir leur durée de vie de plusieurs années, voire de plusieurs décennies dans les cas extrêmes. Il s’agit d’une considération d’une importance fondamentale lors de l’enfouissement, dont le but est d’assurer la résilience et la longévité du système. Les ingénieurs et les concepteurs ne peuvent pas laisser l’un des composants les moins chers de l’installation, le lubrifiant, menacer toute la rationalisation économique du projet.

Comment ça ?

De nombreux ingénieurs s’attendent à ce qu’il s’agisse d’un problème résolu depuis longtemps. Cependant, ni l’industrie des gaines de câbles ni celle des lubrifiants pour câbles ne sont statiques. La conception des gaines est en constante évolution et de nouvelles formulations de lubrifiants sont continuellement introduites. Les gaines de câbles varient d’un fabricant à l’autre, même au sein d’une catégorie générale (par ex., le polyéthylène). Les fabricants de lubrifiants pour câbles ont des formulations uniques, souvent exclusives, basées sur des compositions chimiques complètement différentes. Un lubrifiant donné convient souvent à un type de câble plutôt qu’à un autre.

Que faire ? Tous les fabricants, de câbles comme de lubrifiants, ne testent-ils pas régulièrement la compatibilité ? Certains plus que d’autres. Avant toute chose, l’acheteur doit se méfier.

Vérifications nécessaires

Empêcher un composé de traction d’abîmer votre câble est un processus en deux étapes. Première étape : Travaillez avec des fabricants de câbles et de lubrifiants réputés pour vous assurer que les matériaux soient compatibles. Deuxième étape : Spécifiez un lubrifiant compatible pour éviter que le choix ne soit laissé aux installateurs qui n’ont peut-être pas connaissance du problème.

Comment la compatibilité est-elle testée ?

Diverses méthodes ont été utilisées pour tester la compatibilité des lubrifiants pour câbles avec les matériaux de gaine. Généralement, le matériau de la gaine de câble ou du fil est vieilli dans le lubrifiant et les propriétés physiques (traction et allongement) sont comparées à celles d’un matériau témoin. Pour les câbles en polyéthylène, une version du test ESCR (Environmental Stress Crack Resistance) peut être exécutée. Pour les câbles électriques, le claquage diélectrique ou la résistivité volumique peuvent également être testés après vieillissement.

Création d’une norme

En 1996, Polywater® a joué un rôle déterminant dans le développement de la norme IEEE 1210 « Tests standard pour déterminer la compatibilité des lubrifiants de câbles avec les fils et câbles ». Elle a été créée à la demande des fabricants de câbles et des utilisateurs finaux. À l’époque, les attentes croissantes en matière de performance des câbles, associées à la longévité des câbles dans les systèmes de conduits, ont mis en lumière le rôle important que jouent les gaines et les revêtements de câbles dans la protection des câbles.

L’interaction potentielle des lubrifiants avec le câble était une préoccupation majeure, et pour de bonnes raisons. L’histoire a montré que :

• • Certains lubrifiants en émulsion de cire ont un effet négatif sur les gaines semi-conductrices.
  • Certains savons et cires peuvent « fissurer » les gaines en polyéthylène.
  • Les graisses et huiles de pétrole font des ravages avec de nombreux matériaux de gaine de câble.

IEEE 1210 fournit une base pour l’évaluation de la compatibilité d’un lubrifiant spécifique avec une gaine de câble spécifique. La deuxième révision de cette norme sera approuvée dans le courant de l’année (2023). Cette mise à jour de la révision a été élaborée en collaboration avec l’Association canadienne de normalisation (CSA). Pour mieux comprendre la norme 1210, considérez les procédures du test physique et ce qu’elles montrent sur la compatibilité.

Essais physiques

La fonction principale des gaines de câbles de moyenne et haute tension est la protection physique. Les propriétés physiques de la gaine (traction et allongement) sont au centre des préoccupations de 1210. Ce test comporte un test de vieillissement de 30 jours par rapport à un témoin vieilli à l’eau et un test plus court à haute température par rapport à un témoin vieilli à l’eau et à un témoin non vieilli. La condition de test à haute température est spécifique à la gaine et basée sur les exigences de temps et de température NEMA/ICEA pour le vieillissement du matériau de la gaine et du groupe de polymères.

Les lubrifiants Polywater sont tous largement testés selon cette norme. Vous trouverez ci-dessous les résultats de ces tests sur du PEBDL, un matériau de gaine de câble courant. Notez que le test de vieillissement NEMA/ICEA pour les gaines en polyéthylène (PE) est de 2 jours à 100°C, et le test est modifié pour inclure l’immersion dans le lubrifiant de l’échantillon vieilli. Les exigences de rétention en pourcentage sont répertoriées dans le tableau ci-dessous.

Chaque éprouvette donne un résultat de traction et d’allongement. Ces valeurs sont moyennées sur trois tests et comparées à un contrôle comme indiqué. Les résultats ici sont présentés comme une comparaison avec un témoin. Un rapport de test complet inclut la force de traction à la rupture ainsi que le pourcentage d’allongement. Les valeurs de chacun des essais sont généralement partagées.

Tableau 1 : Différents lubrifiants avec gaine de câble PEBDL

Les données peuvent également être visualisées sous forme de graphique à barres :

Graphique 1 : Gaine de câble PEBDL avec divers lubrifiants comparant les valeurs de traction au témoin

Graphique 2 : Gaine de câble PEBDL avec divers lubrifiants comparant les valeurs d’allongement au témoin

Les lubrifiants Polywater présentent une bonne compatibilité avec le PEBDL. Chaque lubrifiant doit être testé individuellement, car les résultats diffèrent en fonction de la composition chimique du lubrifiant.

Différentes gaines

Comme on pouvait s’y attendre, le même lubrifiant réagira différemment sur différentes gaines. Ci-dessous, les résultats des tests d’un lubrifiant avec différents types de gaine de câble sont représentés graphiquement.

Graphique 3 : Divers composés de gaine de câble vieillis dans un lubrifiant – Résistance à la traction par rapport au témoin

Graphique 4 : Composés de gaine de câble vieillis dans du lubrifiant – Pourcentage d’allongement par rapport au témoin

Ce lubrifiant présente une bonne compatibilité avec la plupart des types de gaines de câbles. Cependant, il existe une certaine incompatibilité avec le mélange CSM testé à des températures plus élevées. Ce lubrifiant pour câbles ne convient pas pour une utilisation avec des câbles utilisant ce revêtement CSM.

Échec de la gaine

L’incompatibilité entre le lubrifiant et la gaine du câble est généralement considérée comme une perte de résistance à la traction ou un allongement du matériau. Cela se traduit souvent visuellement par des piqûres ou d’autres dommages de surface. Parfois représenté par un assouplissement voire un excès de souplesse. En de rares occasions, le lubrifiant peut complètement désintégrer les matériaux de la gaine.

Comme le montre la photo 1, le mélange de polyoléfines à faible dégagement de fumée LSZH (Low Smoke Zero Halogen) a été vieilli dans un lubrifiant à base de cire et ramolli au point qu’il s’est effondré avant même le test.

Photo 1

Comme le montre la photo 2, un autre mélange de polyoléfines à faible dégagement de fumée semble littéralement fondre lorsqu’une graisse est utilisée pour l’installation des câbles.

Photo 2

Les lubrifiants pour câbles à base de cire et de pétrole ne conviennent pas à ce type de gaine. Bien que ces lubrifiants puissent être efficaces pour réduire la friction, ils ne doivent pas être utilisés. Tenez toujours compte de la compatibilité lorsque vous choisissez un lubrifiant pour câble.

Polymères de gaine de câble

Au sein de chaque type ou groupe de polymères (comme le PEBDL ou le PVC), il existe de nombreux mélanges individuels. Le mélange de polymères développé pour chaque gaine de câble est choisi à la fois pour ses performances et son traitement. Les considérations de performance incluent la résistance à la traction, la résistance aux chocs et à la perforation, la souplesse et la résistance au feu. Les caractéristiques de traitement peuvent comprendre la facilité d’extrusion, l’écoulement à l’état fondu et les caractéristiques de cisaillement. De nombreux fabricants de câbles utilisent plusieurs mélanges en fonction du style de câble selon l’utilisation finale et les attentes en matière de performances. L’essentiel est que chaque gaine de câble soit unique. Pour certains groupes de matériaux, des tests approfondis peuvent être nécessaires.

Nous avons obtenu des dizaines de mélanges de polyoléfines LSZH pour une étude de compatibilité des lubrifiants. Étant donné que les gaines à faible dégagement de fumée ont montré une incompatibilité avec certains lubrifiants pour fils et câbles à base d’eau, Polywater a testé de manière approfondie ce groupe de polymères.

Les données des graphiques 5 à 8 suivants montrent que chaque mélange de polyoléfine LSZH est unique. Deux lubrifiants différents testés avec ces mélanges montrent des résultats radicalement différents.

Graphique 5 : Traction et allongement de 10 mélanges LSZH vieillis dans le lubrifiant A vieillis à 50°C, par rapport au témoin

À 100 °C, le matériau de la gaine de câble est exposé à de l’eau bouillante ou, dans le cas de lubrifiants à base d’eau, à un lubrifiant bouillant. S’il existe une incompatibilité entre la gaine et le lubrifiant, elle peut généralement être découverte lors d’essais à haute température.

Graphique 6 : Traction et allongement de 10 mélanges LSZH vieillis dans le lubrifiant A vieillis à 100°C, par rapport au témoin

Pour le lubrifiant A, certains mélanges du matériau LSZH sont compatibles et d’autres ne le sont pas.

Les résultats des tests pour le lubrifiant B sont présentés ci-dessous. Ici, les résultats des tests montrent une bonne cohérence d’un mélange de polymères à l’autre.

Graphique 7 : Traction et allongement de 11 mélanges LSZH vieillis dans le lubrifiant A vieillis à 50°C, par rapport au témoin

Graphique 8 : Traction et allongement de 11 mélanges LSZH vieillis dans le lubrifiant A vieillis à 100°C, par rapport au témoin

Même lors d’essais à haute température, le lubrifiant B est compatible avec toutes les gaines testées. Ce n’est pas une surprise. Le lubrifiant B est Polywater LZ et a été spécialement développé pour la compatibilité et la performance sur le matériau de la gaine LSZH.

Conclusion

L’utilité de l’IEEE 1210 et des tests de compatibilité générale est évidente. La norme fournit un moyen d’évaluer l’interaction de tout lubrifiant avec une gaine de câble. Cependant, les ingénieurs doivent se méfier des déclarations approximatives. Une simple affirmation selon laquelle un lubrifiant a été testé et satisfait à la norme IEEE 1210 n’a pratiquement aucun sens. Il n’a de sens que s’il a réussi un test avec le câble spécifique à utiliser. Il n’y a pas de test 1210 universel. Chaque test doit être spécifique au lubrifiant et au câble.

Autres considérations

L’IEEE 1210 ne garantit pas les performances du lubrifiant. L’eau passe le 1210 mais n’est pas un bon lubrifiant de traction. Bien que la compatibilité soit essentielle, il est tout aussi important qu’un lubrifiant soit fonctionnel et efficace. Voici quelques propriétés clés d’un lubrifiant de traction haute performance et de qualité spécifiée :

• • Coefficient de friction — (À quel point le lubrifiant est-il glissant ? Toujours spécifique au type de gaine et au type de conduit.)
  • Coefficient de Friction « Sec » — (Le lubrifiant est-il efficace pour les longs tirages ? Le câble peut-il être ajusté ultérieurement ?)
  • Quantité et nature des résidus — (Est-ce que les résidus « collent » le câble au conduit avec le temps ou bloquent les conduits ?)
  • Combustibilité des résidus — (Les résidus de lubrifiant affectent-ils le caractère de propagation des flammes des câbles ignifuges ?)
  • Revêtement et caractère d’adhérence dans l’application — (Le lubrifiant recouvrira-t-il la gaine ? Reste-t-il en place pendant de longs tirages ?)
  • Stabilité chimique — (Quels sont les effets du stockage au froid et/ou au chaud ?)
  • Environnement — (Le lubrifiant est-il toxique, un déchet dangereux, etc. ?)

En résumé

La composition chimique des lubrifiants et des gaines de câbles est diverse et en constante évolution. Cela offre un potentiel d’interactions chimiques indésirables qui peuvent endommager le câble et aller à l’encontre de l’objectif d’enfouir l’infrastructure des services publics pour la résilience du système. Pour avoir la certitude que la longévité des câbles est maximisée, les ingénieurs doivent travailler avec des fabricants de lubrifiants qui testent régulièrement la compatibilité, travaillent en étroite collaboration avec les fabricants de câbles sur les lancements de nouveaux produits et peuvent fournir des résultats sur demande pour les câbles et lubrifiants spécifiques que vous utilisez.

Au fil des ans, Polywater a effectué des centaines de tests de compatibilité IEEE 1210 sur des combinaisons inédites de lubrifiants et de câbles. Nous utilisons les tests pour développer de nouveaux produits lubrifiants, aider les fabricants de câbles dans le développement de nouvelles gaines de câbles et aider les utilisateurs finaux à faire preuve de diligence et à déterminer les lubrifiants compatibles aux câbles.

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