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Remplacement d'un câble pour pompe submersible moyenne tension dans un port fluvial au Kazakhstan : 180 m de câble 6/10 kV en une seule longueur

Une station de pompage d'un port fluvial à Pavlodar, au Kazakhstan, avait besoin du remplacement d'un câble pour pompe submersible moyenne tension sur une pompe submersible 6000 V alimentée par un variateur de fréquence (VFD) moyenne tension via un filtre du/dt. TEBAOFLEX a fourni 180 m de (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV S3×50+2×25/2+S(4×0.5), commandés en une seule longueur continue sur un seul touret, sans jonctions. Le câble comporte trois âmes de puissance de 50 mm², deux âmes de terre de 12.5 mm², deux paires de commande torsadées sous un écran commun, une tresse générale en cuivre étamé et une gaine rouge en caoutchouc, avec un diamètre extérieur maximal convenu de 54 mm pour s'adapter à l'entrée de câble de la pompe. Les critères des essais de réception en usine convenus avec l'acheteur comprennent des décharges partielles de 10 pC ou moins à 1.73 U₀, et le touret a été expédié.

Le projet en bref

En quoi consiste le remplacement d'un câble pour pompe submersible moyenne tension ?

Le remplacement d'un câble pour pompe submersible moyenne tension consiste en un câble neuf, construit selon les fonctions des âmes et la tension nominale dont la pompe a besoin et à un diamètre que son entrée de câble accepte, de sorte qu'il se raccorde aux mêmes circuits du moteur, de terre et de commande et assure l'étanchéité dans la même entrée de câble. Pour cette pompe 6000 V au Kazakhstan, la commande spécifiait trois âmes de puissance de 50 mm², deux âmes de terre, un élément de commande écranté pour les circuits de surveillance ou de commande de la pompe, une tension nominale de 6/10 kV et un diamètre extérieur maximal de 54 mm.

La pompe fonctionne avec un variateur de fréquence, de sorte que le câble transporte plus que de la puissance à la fréquence du réseau. Les impulsions de commutation rapides du variateur parcourent les 180 m de la liaison et se réfléchissent au niveau du moteur, c'est pourquoi un filtre du/dt est placé en sortie du variateur, et les signaux de surveillance ou de commande de la pompe partagent le câble avec ces âmes de puissance. La tresse générale en cuivre étamé et la tresse commune sur les deux paires de commande sont là pour cette combinaison. La même construction figure comme produit, avec ses valeurs de conception préliminaires, sur la page du câble d'alimentation et de commande pour pompe (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV.

Lecture du câble existant : âmes de puissance, conducteurs de terre et élément de commande

Les photographies du câble existant de cette pompe submersible 6000 V, prises par le client, montrent la disposition que le câble de remplacement TEBAOFLEX devait reproduire. Le câble existant comporte trois âmes de puissance moyenne tension terminées par des cosses de câble, deux conducteurs de terre vert-jaune et une âme blanche portant l'inscription CONTROL ELEMENT, qui contient les fils de commande, le tout sous une gaine intérieure noire, une tresse en fils de cuivre et une gaine extérieure rouge. Le câble de remplacement conserve les mêmes fonctions des âmes dans le même type de construction.

Une différence apparaît au niveau de la terminaison. Sur la terminaison existante, les connexions de terre sont réalisées avec des conducteurs vert-jaune. Dans la construction (N)TSCGEWCUEUS, les deux âmes de terre de 12.5 mm² sont recouvertes de caoutchouc semi-conducteur, de sorte qu'elles apparaissent noires à l'ouverture de la gaine intérieure ; l'installateur devrait en tenir compte lors de la préparation des nouvelles extrémités du câble.

Construction du câble de remplacement 6/10 kV, couche par couche

Le câble de remplacement (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV comporte trois âmes de puissance souples de 50 mm² en cuivre étamé, chacune avec un écran semi-conducteur sur conducteur, une isolation EPR et un écran semi-conducteur sur isolant. À côté d'elles se trouvent deux âmes de terre de 12.5 mm² en cuivre étamé recouvertes de caoutchouc semi-conducteur et un élément de commande composé de deux paires torsadées d'âmes de 0.5 mm² sous une seule tresse commune en cuivre étamé. Une gaine intérieure GM1b, une tresse générale en fils de cuivre étamé et une gaine extérieure rouge en polychloroprène 5GM5 complètent le câble.

1. Conducteur de puissance : cuivre étamé souple, à brins fins, 50 mm² (trois âmes)
2. Écran sur conducteur : mélange semi-conducteur sur le conducteur
3. Isolation : mélange de caoutchouc EPR
4. Écran sur isolant : couche semi-conductrice avec rubanage semi-conducteur
5. Âme de terre : cuivre étamé, 12.5 mm², recouverte de caoutchouc semi-conducteur (deux âmes, 25 mm² au total)
6. Élément de commande S(4×0.5) : quatre âmes de 0.5 mm² en cuivre étamé à isolation EPR, formant deux paires torsadées sous une seule tresse commune en fils de cuivre étamé
7. Gaine intérieure : mélange de caoutchouc de type GM1b
8. Écran général : tresse en fils de cuivre étamé
9. Gaine extérieure : caoutchouc polychloroprène (PCP) de type 5GM5, rouge

(N) devant la désignation signale une construction réalisée en référence à la série DIN VDE 0250, ici la DIN VDE 0250-813 ; ce n'est pas une marque de certification VDE. Les lettres des désignations de ce type sont expliquées, dans la mesure où la légende VDE les définit, dans notre guide de lecture des désignations de câbles VDE.

Que signifie S3×50+2×25/2+S(4×0.5) sur ce câble pour pompe ?

S3×50+2×25/2+S(4×0.5) énumère les âmes du câble : S3×50 désigne les trois âmes de puissance de 50 mm², 2×25/2 un conducteur de terre de 25 mm² divisé en deux âmes de 12.5 mm², et S(4×0.5) un élément de commande écranté de quatre âmes de 0.5 mm². L'acheteur de cette commande pour le Kazakhstan a demandé à TEBAOFLEX de confirmer les parties terre et commande, et TEBAOFLEX a confirmé que les deux âmes de terre font 12.5 mm² chacune, soit 25 mm² au total, et que les quatre âmes de commande forment deux paires torsadées sous un écran commun en cuivre étamé.

Le même élément de commande s'écrit parfois S(2×2×0.5), ce qui indique directement les deux paires ; les deux formes figurent dans la correspondance relative à cette commande. La division du conducteur de terre en deux âmes permet de les loger dans les interstices entre les âmes de puissance rondes, ce qui maintient le câble rond et souple. La torsade de chaque paire de commande et l'écrantage du groupe de paires réduisent le bruit induit dans les signaux de commande par les âmes de puissance voisines, ce qui compte surtout sur une pompe alimentée par VFD.

Pourquoi une isolation EPR et une gaine en polychloroprène pour un câble pour pompe submersible

La fiche de paramètres de cette commande de (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV spécifie une isolation EPR avec des écrans en caoutchouc semi-conducteur, une gaine intérieure en caoutchouc GM1b et une gaine extérieure rouge en polychloroprène (PCP) 5GM5. L'EPR offre une rigidité diélectrique élevée et des performances stables en service humide, et la fiche décrit la gaine PCP comme résistante à l'eau, à l'huile, à l'ozone, aux rayons ultraviolets, à l'abrasion et à la déchirure. L'étamage protège les conducteurs en cuivre contre l'oxydation et la corrosion dans l'eau et assure la fiabilité des terminaisons serties et soudées.

La même fiche cite l'IEC 60332-1-2 pour la propagation de la flamme, l'IEC 60811-404 pour la résistance à l'huile et l'IEC 60811-403 pour la résistance à l'ozone comme références d'essai, et elle indique que le câble n'est pas sans halogène, car la gaine extérieure est un mélange de polychloroprène. Une station qui a besoin d'un câble sans halogène a besoin d'une autre gaine, et la demande doit le préciser. La raison pour laquelle les câbles souples utilisent une isolation EPR plutôt que XLPE est expliquée dans notre guide de l'isolation EPR.

Le câble de remplacement s'adaptera-t-il à l'entrée de câble de la pompe ? La limite de 54 mm

Le câble de remplacement 6/10 kV de cette pompe submersible 6000 V devait assurer l'étanchéité dans l'entrée de câble existante de la pompe, c'est pourquoi l'acheteur a fixé un diamètre extérieur maximal de 54 mm. La fiche de paramètres de la commande pour ce câble (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV indiquait une plage calculée de 54–58 mm. L'acheteur a demandé si un maximum de 54 mm pouvait être confirmé, ou quel manchon d'étanchéité d'entrée de câble il faudrait pour un câble plus gros, et TEBAOFLEX a confirmé un diamètre fini d'au plus 54 mm comme point de contrôle des essais de réception en usine.

Le joint d'une entrée de câble enserre la gaine du câble sur une plage étroite de diamètres. Un câble trop gros ne passera pas dans le manchon d'étanchéité ; un câble trop fin risque de ne pas assurer l'étanchéité. C'est pourquoi le diamètre a été convenu avant la commande sous la forme d'un maximum de 54 mm et inscrit comme point de contrôle des essais de réception en usine, au lieu d'être laissé à l'état de valeur nominale ; il appartient au propriétaire de la pompe et à son installateur de confirmer si l'entrée assure l'étanchéité sur le câble livré.

Une pompe submersible 6 kV sur VFD peut-elle fonctionner avec 180 m de ce câble ?

Pour un moteur de pompe submersible 6000 V alimenté par un VFD moyenne tension avec filtre du/dt, la tension nominale de ce câble (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV (U₀/U 6/10 kV, Um 12 kV) couvre le circuit du moteur : sa tension nominale entre conducteur et terre, U₀, est égale à la pleine tension composée de 6 kV. Savoir si le variateur, le filtre et le moteur fonctionnent ensemble sur 180 m relève du calcul du fournisseur du variateur. Pour cette vérification, TEBAOFLEX a communiqué à l'acheteur la capacité du câble, 0.345 µF/km, et son inductance, 0.371 mH/km ; sur la liaison de 180 m, cela représente environ 0.062 µF et 0.067 mH.

Lorsqu'elle est raccordée sur tout son pourtour, à la fois côté variateur et côté pompe, la tresse générale en cuivre étamé offre aux courants haute fréquence du variateur un chemin de retour à faible impédance à l'intérieur du câble, et la tresse commune sur les paires de commande réduit le bruit induit dans le circuit de commande. Ce que signifie la couverture de la tresse, et comment se comparent les écrans tressés et spiralés, est expliqué dans notre guide comparatif de l'écran spiralé et de l'écran tressé. La valeur de 200 A n'est qu'une référence à 30 °C à l'air libre et doit être corrigée en fonction du cheminement réel.

Pourquoi la commande exigeait une seule longueur continue de 180 m sans jonctions

La commande de ce câble pour pompe submersible 6/10 kV destinée au Kazakhstan exigeait les 180 m en une seule longueur continue sur un seul touret, sans jonctions, épissures d'usine ni tronçons réparés. Dans un câble pour pompe moyenne tension susceptible de reposer dans l'eau, une jonction est un point par lequel l'eau peut pénétrer et où l'isolation peut défaillir. TEBAOFLEX a confirmé que les 180 m sont du câble entièrement neuf en une seule longueur et a proposé une lettre confirmant que ce câble ne comporte aucune jonction.

Les essais en usine étayent cette affirmation, mais ne peuvent pas la prouver à eux seuls. Un conducteur de puissance ou un écran entièrement rompu échouerait au contrôle de la résistance du conducteur ou de la continuité de l'écran, et une isolation suffisamment endommagée pour claquer, ou pour présenter des décharges supérieures à 10 pC à 1.73 U₀, échouerait à l'essai de tension ou de décharges partielles. Une réparation bien faite pourrait tout de même réussir ces essais. TEBAOFLEX a indiqué à l'acheteur qu'une vidéo ne peut pas, en pratique, suivre 180 m de câble du premier au dernier mètre, et a donc proposé la lettre d'absence de jonctions en complément des photographies et de la vidéo promises du câble et de son marquage métrique, ainsi que du rapport d'essais.

Essais de réception en usine d'un câble pour pompe 6/10 kV : les critères convenus pour cette commande

Les essais de réception en usine convenus pour ce câble pour pompe submersible 6/10 kV portent sur les décharges partielles (10 pC ou moins à 1.73 U₀), un essai de tension alternative à 17 kV pendant 5 minutes sur les âmes de puissance, un essai d'immersion dans l'eau suivi de l'essai de tension, et un essai à 2 kV CA pendant 5 minutes sur l'élément de commande. Ils portent également sur la continuité et la résistance de la tresse générale et de l'écran de l'élément de commande, la résistance du conducteur, le diamètre extérieur, le marquage de la gaine et le marquage métrique, ainsi que la longueur sur le touret. TEBAOFLEX a indiqué les critères à la demande de l'acheteur, et l'acheteur a énuméré les résultats qu'il souhaitait voir.

Le touret a été expédié et un rapport d'essais en usine a été établi pour celui-ci. Ce dossier présente les critères convenus pour la commande plutôt que des valeurs mesurées, car ce sont eux qu'un acheteur inscrit dans une commande de câble pour pompe moyenne tension et auxquels l'usine est ensuite tenue.

Immersion dans l'eau : le critère de la commande et l'essai de routine

Le critère d'immersion dans l'eau indiqué par TEBAOFLEX pour cette commande est de 24 heures dans de l'eau propre, suivies de 17 kV CA pendant 5 minutes, sans claquage ni contournement. Dans la production courante de TEBAOFLEX, les âmes isolées reposent dans l'atelier pendant au moins 16 heures après l'isolation, puis sont immergées dans l'eau pendant au moins 1 heure avant leur essai de tension alternative. Indiquez dans votre demande la durée d'immersion exigée par votre spécification, afin qu'elle soit inscrite dans le plan d'essais.

Comment la continuité et la résistance des écrans sont vérifiées

Selon la méthode habituelle de TEBAOFLEX, les couches extérieures sont dénudées aux deux extrémités du câble pour dégager la tresse générale en cuivre étamé et la tresse de l'élément de commande. Chaque écran est raccordé en boucle sur toute la longueur, et sa continuité et sa résistance sont mesurées ; une résistance mesurée montre que l'écran est continu d'une extrémité à l'autre. TEBAOFLEX a indiqué à l'acheteur que les résistances des écrans seraient communiquées sous forme de valeurs mesurées plutôt que calculées, car une résistance calculée de manière théorique pour une tresse n'est pas précise.

Décharges partielles à 1.73 U₀

La décharge partielle est une décharge électrique localisée qui ne court-circuite que partiellement l'isolation, généralement dans une cavité gazeuse, au niveau d'une impureté ou d'une aspérité, ou dans un interstice entre l'isolation et un écran semi-conducteur. Mesurée en charge apparente en picocoulombs (pC), elle révèle des défauts qui peuvent passer un essai de tenue en tension mais qui érodent l'isolation au fil des années. L'IEC 60502-2, la norme IEC relative aux câbles moyenne tension pour installations fixes, comporte un essai de routine de décharges partielles comparable sur les âmes écrantées à 1.73 U₀, avec une sensibilité de mesure de 10 pC ou mieux. Pour ce câble souple pour pompe, le niveau de 10 pC à 1.73 U₀ est un critère indiqué pour la commande, et non une affirmation de conformité à l'IEC 60502-2. TEBAOFLEX mesure les décharges partielles dans une salle d'essai blindée, comme le documente, photos à l'appui, le cas du câble 12/20 kV pour excavateur à roue-pelle.

Ce que l'acheteur a demandé à voir avant d'accepter le touret

Avant la réception définitive du touret de 180 m de câble pour pompe 6/10 kV, l'acheteur de cette commande pour le Kazakhstan a demandé le rapport d'essais en usine du touret concerné, des photographies et une vidéo du câble fini et du touret, ainsi que des photographies du marquage de la gaine et du marquage métrique. Il a également demandé la confirmation de la longueur continue sans jonctions, le diamètre extérieur mesuré et les résultats des essais de tension, de décharges partielles, de résistance du conducteur, de continuité de l'écran et d'immersion dans l'eau. TEBAOFLEX a également proposé un échantillon en coupe prélevé sur le câble fini.

1. Rapport d'essais du touret concerné, avec les valeurs mesurées en regard de chaque critère, et non un essai de type réalisé sur un autre câble.
2. Photographies et vidéo du câble fini et du touret, y compris le marquage imprimé sur la gaine et le marquage métrique.
3. Confirmation de la longueur sans jonctions ; TEBAOFLEX a proposé une lettre la confirmant, car une vidéo ne peut pas suivre la totalité des 180 m.
4. Diamètre extérieur mesuré, par rapport à la limite de 54 mm de l'entrée de câble.
5. Échantillon en coupe du câble fini, proposé par TEBAOFLEX afin que la construction puisse être vérifiée par rapport au dessin.
6. Un dessin en coupe final simple ; l'acheteur n'a pas demandé de détails de fabrication confidentiels.

TEBAOFLEX a également invité l'acheteur à visiter l'usine et à contrôler le câble. Un acheteur qui souhaite assister aux essais doit l'indiquer dans sa demande, ainsi que les documents exigés avec la livraison.

Câble d'origine de la pompe ou câble de remplacement : ce que le devis doit indiquer

À la demande de l'acheteur, TEBAOFLEX a accepté de décrire ce câble 6/10 kV dans le devis comme un « câble de remplacement fabriqué par Jiangsu TEBAOFLEX pour la pompe Xylem Flygt » et d'indiquer la désignation exacte, TEBAOFLEX (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV S3×50+2×25/2+S(4×0.5) mm². L'acheteur a également demandé que le devis soit rattaché à la fiche technique et au dessin en coupe définitifs et approuvés. TEBAOFLEX n'est pas le fabricant du câble d'origine de la pompe.

Cette formulation protège les deux parties. Un document d'achat ainsi rédigé fait apparaître un câble de remplacement provenant d'un fabricant nommément désigné, et le rattachement du devis à la fiche technique et au dessin en coupe approuvés, comme l'a demandé l'acheteur, fait reposer l'approbation technique sur ces documents et sur les critères d'essai convenus plutôt que sur une référence de pièce. Lorsqu'une pompe utilise également un système de surveillance, les âmes de commande doivent aussi être adaptées à celui-ci ; la manière dont les constructions SUBCAB d'origine se comparent pour cette vérification est traitée sur notre page d'examen du câble Flygt SUBCAB MAS 800.

Ce qu'il faut nous envoyer pour un devis de câble pour pompe moyenne tension

Questions sur le câble pour pompe submersible moyenne tension

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