EuroWire July 2017

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Article technique
Julliet 2017 62
Isolation à base de TPV pour
applications à moyenne
tension
Par Andrea Galanti, Stefano Dossi et Andrea Magri de Mixer SpA, Ravenna, Italie, et Camillo Cardelli, iPool Srl, Pistoia, Italie
Résumé
Le présent article porte sur le
développement de trois composés isolants
sans plomb entièrement thermoplastiques
pour moyenne tension (MV) basés sur
la technologie de vulcanisation des
thermoplastiques (TPV). Les composés
isolants MV TPV ont été préparés à partir
d’une isolation en moyenne tension
sans plomb vulcanisé au peroxyde, qui
représente l’actuel paramètre de référence
standard, raison pour laquelle ils ont fait
l’objet d’une enquête approfondie par
rapport à l’isolation MV standard sans
plomb. Pour évaluer les résultats du
processus de vulcanisation dynamique,
les composés ont été étudiés au moyen
de la calorimétrie à balayage différentiel
(DSC). Pour simuler le comportement en
extrusion, leur rhéologie a été étudiée. Les
propriétés mécaniques ont été mesurées
avant et après le vieillissement à 135°C et
150°C pendant 21 jours. Enfin, une étude
approfondie sur leurs caractéristiques
électriques, dans des conditions sèches
(de 25°C à 90°C) et humides (à 90°C dans
l’eau jusqu’à 28 jours) est présentée.
1 Introduction
Il y a vingt ans, les systèmes d’isolation à
base de XLPE et d’EPDM ont été utilisés
dans plusieurs régions du monde pour les
applications sur les câbles en moyenne
tension. L’Amérique du Nord reste un
marché très actif pour les isolations pour
moyenne tension à base d’EPDM, tandis
que dans d’autres parties du monde,
le XLPE est préféré. Récemment, nous
constatons un intérêt renouvelé pour les
isolations en moyenne tension à base
d’EPDM sur le marché mondial en raison
des performances inégalées sur la durée
de vie des câbles pour les applications à
long terme (>20 ans).
Depuis 1996, Mixer SpA a produit des
composés isolants MV à base de mélanges
d’EPDM et d’EPDM/LDPE: sa stratégie
consiste à proposer des matériaux
innovants et concurrentiels sur le marché
des câbles, estimant que l’amélioration
continue des matériaux donnera un
nouvel élan aux câbles en caoutchouc
pour les applications spécifiques.
La première étape de cette approche
a été le développement de solutions
EPDM sans plomb, présentées en 2012
et actuellement disponibles sur le
marché (voir Figure 1)[1]. En raison du fait
que les sels de plomb sont insolubles
dans l’eau et ils ne contribuent donc
pas à aucun courant de fuite à travers la
couche isolante, l’oxyde de plomb est
l’un des additifs les plus efficaces dans les
composés isolants MV. Cependant, l’oxyde
de plomb est répertorié dans la norme
Reach SVHC (substances extrêmement
préoccupantes) pour son risque bien
connu de bioaccumulation et pour ses
effets durables, entraînant des dommages
importants à l’environnement et à la vie[2].
Mixer SpA a réussi à remplacer l’oxyde de
plomb par un système de captation à ions
capable d’immobiliser des ions, réussissant
à produire des composés isolants MV sans
plomb à base d’EPDM avec une stabilité
thermique et électrique supérieure.
À partir de ce point de départ, la société a
développé un nouveau TPV entièrement
thermoplastique pour l’isolation MV qui
réticulent dynamiquement le composé
isolant MV sans plomb dans une matrice
PP. Mixer SpA présente trois versions
améliorées de composés MV TPV afin
d’obtenir un matériau capable de passer
les essais thermomécaniques à une
température d’exercice continue de 90°C
et 105°C et de 250°C dans le cas d’urgence
du court-circuit, conformément à la norme
italienne CEI 20-86, qui est jusqu’à présent,
la seule norme existante sur les composés
thermoplastiques pour l’isolation MV.
Tout d’abord, on analyse la préparation
et les propriétés macroscopiques des
nouveaux composés TPV pour les
applications MV. La société a ensuite
étudié les nouveaux composés MV TPV au
moyen de la technique DSC pour étudier
le processus de vulcanisation dynamique.
Dans la troisième partie, on analyse la
rhéologie du composé MV TPV à faible
vitesse de cisaillement pour simuler leur
comportement à l’extrusion. Par la suite,
les propriétés mécaniques des composés
MV TPV avant et après le vieillissement
thermique jusqu’à 150°C pendant 21 jours.
Les propriétés électriques des composés
ont été étudiées chez Imerys Laboratories,
Par, Royaume-Uni. En particulier, on a
mesuré le facteur de perte (Tanδ), la
constante diélectrique (εr) et la résistivité
en volume ont été mesurés jusqu’à 90°C
dans des conditions sèches. En outre, les
valeurs Tanδ et εr ont été étudiées après
immersion des composés dans de l’eau
à 90°C pendant 28 jours. Les résultats
des tests ont été comparés au composé
MV IS79 sans plomb standard et il a été
démontré qu’il est possible d’obtenir un
composé innovant avec des propriétés
d’isolation électrique élevées qui associe
les propriétés du composé XL-EPDM sans
plomb et la possibilité de le traiter en tant
que matériau thermoplastique.
▲ ▲ Figure 1: Isolation MV contenant du plomb
(orange) et sans plomb (blanc), des boulettes aux
câbles