Les dommages causés par l'huile

PROTECTION DES CÂBLES CONTRE LES DOMMAGES CAUSÉS PAR L’HUILE

Par John Gavilanes, directeur de l’ingénierie

D e toutes les expositions aux produits chimiques qui peuvent influer sur la vie et les performances des câbles électriques, l’huile est l’une des plus dommageables. Utilisée comme réfrigérant et lubrifiant dans de nombreux milieux industriels et d’infrastructures, l’huile peut infliger des dégâts moléculaires sur les polymères utilisés pour l’isolation et le gainage des câbles. S’ils sont ignorés, les dommages causés par l’huile aux câbles peuvent être sévères. Cela finira par entraîner une défaillance du câble, des coûts de temps d’arrêt et de remplacement. La sensibilisation aux dommages causés par l’huile a augmenté au cours des dernières années, grâce aux changements réglementaires et aux caractéristiques de performance accrues dans les énergies renouvelables, l’assemblage automobile et autres installations de production de pointe. Heureusement, des câbles ont été conçus de toute pièce pour résister aux effets des huiles de refroidissement et de lubrification. Voyons de plus près comment l’huile dégrade les câbles, comment diagnostiquer les problèmes d’exposition à l’huile et comment choisir les câbles qui peuvent résister aux huiles sur le long terme : MÉCANISME DE DÉGRADATION Pourquoi l’huile cause-t-elle de tels dommages sur certains types d’isolations et de gaines, tandis que d’autres sont plus résistants? La raison principale est que tous les composés polymères n’offrent pas des performances équivalentes, même s’ils ont le même nom de famille. Cela est vrai pour de nombreuses propriétés physiques, y compris la résistance à l’huile. Par exemple, certains composés de PVC ont un degré plus élevé de résistance aux flammes, tandis que d’autres ont une meilleure résistance à l’huile. D’autres, encore, démontrent des caractéristiques améliorées de souplesse. Les formulations de PVC varient considérablement selon les propriétés et les applications souhaitées. Ces propriétés peuvent être obtenues en ajustant les formulations d’un composé de PVC particulier. La modification ou l’addition d’agents ignifuges (iode), de stabilisants et de matières de charge permettent au composé d’adopter ces

types de caractéristiques améliorées. Toutefois, lorsque certaines caractéristiques de PVC sont améliorées, cela a parfois un prix, le coût étant que d’autres caractéristiques de performance sont affectées ou complètement perdues. En ce qui concerne la résistance à l’huile, tous les isolants de fils et câbles ne sont pas identiques. Les attributs électriques, environnementaux, mécaniques et chimiques varieront selon les formulations des composés individuels. Les composés isolants contiennent une quantité déterminée de plastifiants dans leurs formulations, qui aident à favoriser la flexibilité et la résistance à l’usure. Lorsque les composés sont exposés à des huiles de traitement de lubrification et de refroidissement, soit le matériau absorbe l’huile, soit le plastifiant se diffusera à partir du composé. Lorsque l’huile est absorbée, cela provoque un gonflement important et le ramollissement du composé résultant de la dégradation des propriétés de traction. Lorsque l’huile provoque la diffusion du plastifiant, cela cause un durcissement et la perte de toutes les propriétés de flexibilité et d’étirement. En bref, l’huile attaque le composé isolant, qui deviendra pratiquement inefficace dans son rôle principal d’isolant. Cette action peut créer une situation potentiellement très dangereuse, non seulement pour la vie humaine, mais également pour le fonctionnement général de la machinerie industrielle à laquelle il est connecté. Cela provoque des temps d’arrêt onéreux, des réparations coûteuses et, dans le pire des cas, le remplacement complet de la machine. L’huile peut provoquer la dégradation et la fissure des polymères, tels que ceux utilisés pour l’isolation et le gainage des câbles. Opter pour un câble résistant à l’huile est la meilleure façon d’éviter ce mode de défaillance.

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LES CONDITIONS D’UTILISATION IMPORTENT ÉGALEMENT L’utilisation spécifique déterminera si de l’huile est utilisée en tant que lubrifiant, réfrigérant ou les deux. Agissant comme un lubrifiant, l’huile peut être appliquée à un engrenage entraîné par un moteur pour éviter une usure prématurée et assurer le bon fonctionnement. Agissant comme un réfrigérant, l’huile peut être appliquée pendant le processus de rotation de la machine pour empêcher le métal de devenir trop chaud. Et les expositions à l’huile ne se produisent pas que dans les usines, mais également dans les infrastructures. Dans les éoliennes, par exemple, les câbles en haut dans la nacelle pourraient être exposés de manière constante à des huiles lubrifiantes et de refroidissement pour de très longues périodes de temps. Les températures extrêmes et autres expositions chimiques peuvent aggraver les dommages causés par les huiles. L’utilisation d’éoliennes, par exemple, expose les câbles non seulement aux huiles mais aussi à des températures extrêmes. L’huile constitue rarement la seule menace pour les câbles. Au contraire, elle travaille de concert avec d’autres mécanismes de dégradation, notamment la température. En général, plus l’intensité de l’exposition à l’huile et aux températures ambiantes est forte, plus rapidement l’huile commencera le processus de détérioration. É VITER LES DOMMAGES CAUSÉS PAR L’HUILE Une fois entamés, les dégâts causés par l’huile sont irréversibles. Néanmoins, ils peuvent être évités en sélectionnant des câbles avec résistance intrinsèque à l’huile. Sans une connaissance approfondie des composés polymères spécifiques utilisés pour le câble qui vous intéresse, il peut être difficile de savoir quels produits peuvent résister aux huiles. C’est pourquoi les tests sont si importants. Pour éviter les problèmes de résistance à l’huile, les ingénieurs devraient porter une attention particulière aux tests UL, qui aident à déterminer comment un câble va réagir dans l’environnement industriel de l’huile. Ces tests sont plus communément appelés les tests résist. à l’huile I et résist. à l’huile II, qui impliquent une immersion continue des échantillons de câbles dans de l’huile type IRM 902 à des températures élevées pendant une période de temps déterminée. Les résultats sont déterminés par l’évaluation des propriétés mécaniques et des observations des dommages physiques causés par l’exposition à l’huile. En 2000, Lapp a approché UL en vue de la création de normes plus strictes, ce qui a abouti à la création de la norme AWM style 21098, qui élève la résistance à l’huile à un niveau supérieur. La résistance à l’huile des câbles est devenue à présent un paramètre de performance critique lorsque les entrepreneurs électriciens, les ingénieurs en électricité et les installateurs électriciens spécifient les câbles. Avec le temps, les câbles résistants à l’huile de qualité supérieure deviendront la norme, plutôt que l’exception.

DIAGNOSTIC VISUEL DES PROBLÈMES D’EXPOSITION À L’HUILE

Fissuration – survenue lors de l’exposition du PVC à l’huile ou autres produits chimiques due à l’élimination complète des plastifiants, d’où la fissuration marquée et éventuelle de l’isolation et de la gaine. Fusion – causée lors de l’exposition du PVC à l’huile ou autres produits chimiques due à l’absorption et la combinaison avec le plastifiant, entraînant le ramollissement et une élasticité élevée dans le composé. Gonflement – causé lors de l’exposition du PVC à l’huile ou autres produits chimiques en raison de la migration des huiles dans le plastifiant, se soldant par une augmentation notable du diamètre de l’isolation et de la gaine. Décoloration – causée lors de l’exposition du PVC à l’huile ou autres produits chimiques du fait de la diffusion des plastifiants ainsi que du colorant depuis l’isolation et la gaine.

Tests d’exposition à l’huile dans l’industrie

Nom

Méthode

Exigence UL

Immersion d’huile pendant 7 jours à 60 °C Immersion d’huile pendant 4 jours à 100 °C Immersion d’huile pendant 60 jours à 75 °C Immersion d’huile pendant 60 jours à 80 °C

Rétention de 75 % de la traction et de l’allongement non vieillis Rétention de 50 % de la traction et de l’allongement non vieillis Rétention de 65 % de la traction et de l’allongement non vieillis Rétention de 65 % de la traction et de l’allongement non vieillis

UL 62

UL : résist. à l’huile I

UL : résist. à l’huile II

UL AWM  21098

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MÉTHODES D’ESSAI DE LA TRACTION ET DE L’ALLONGEMENT Supposons, par exemple, que la gaine du câble de votre produit va être testé pour la conformité à la norme UL résist. à l’huile II. Les essais de traction et d’allongement doivent être effectués à la fois sur l’original (non vieilli) et des échantillons de tests immergés (vieillis) d’huile et doivent être préparés tel que défini par la norme UL 2556. Des échantillons en forme d’haltères découpés à la presse sont prises à partir de la gaine et sont ensuite testés pour la résistance à la traction et à l’allongement. En ce qui concerne la préparation de l’échantillon, deux marques sont appliquées à environ 1,3 pouce de distance l’une de l’autre et équidistantes du centre de l’échantillon hal- tère. (Voir schéma ci-dessous). Ces marques sont appliquées perpendiculairement à la direction de la traction dans l’appa- reil d’essai. L’échantillon est ensuite fixé à l’appareil d’essai avec des marques d’un pouce à l’extérieur et entre les pinces. Les pinces sont ensuite séparées au taux de 20 pouces par minute jusqu’à ce que l’échantillon se brise. Les résultats sont ensuite enregistrés pour l’allongement et la rupture en livre-force; la résistance à la traction est calculée en divisant la livre-force par l’aire de section transversale de l’échantillon.

Les échantillons découpés non testés sont vieillis conformément à l’exigence UL de résist. à l’huile II de 75°C pendant 60 jours. Après 60 jours, les échantillons sont retirés de l’huile pendant au moins 16 heures. Ils sont ensuite testés pour la traction et l’allongement, qui doivent conserver 65 % des valeurs non vieillies. Ce qui suit est un exemple pour un résultat d’essai résist. à l’huile II :

Rétention de traction (%) Réussite/ échec

Rétention d’allongement (%) Réussite/ échec

Résistance à la traction (PSI)

Allongement (%)

Échantillon

Original

3698

167

--------

--------

Vieilli

3625

129 98/Réussite 77/Réussite

Exigences de l’essai résist. à l’huile II : 65 % des valeurs originales de traction et d’allongement 65 % (3698 Psi) = 2404 Psi, min. 65 % (167 %) = 109 %, min. Résistance à la traction non vieillie : 3698 Psi Résistance à la traction vieillie : 3625 Psi Pourcentage de rétention : 3625 Psi x 100 = 98 % 3698 Psi Allongement non vieilli : 167 % Allongement vieilli : 129 % Pourcentage de rétention : 129 % x 100 = 77 % 167 %

ÉCHANTILLON DÉCOUPÉ À LA PRESSE

RÈGLEMENTATION ET CHANGEMENTS APPORTÉS AU CODE Avec les modifications apportées au Code national de l’électricité (NEC) au cours des 10 dernières années, le conduit ou la canalisation de protection n’est plus nécessaire lors de l’installation d’un câble exposé (-ER) depuis le plateau à l’équipement ou dispositif. Auparavant, lorsque le câble s’étendait du plateau à la machine, un conduit ou une canalisation était utilisé principalement comme un mécanisme de protection pour aider à prévenir les dommages. Initialement, le câble TC-ER (précédemment « câblage ouvert ») avait une limitation de longueur de 50 pieds du plateau à l’équipement. Les 50 pieds permettaient une grande zone « grise » dans l’environnement industriel et ont représenté initialement une bonne solution pour l’industrie. En raison de l’acceptation générale de la longueur de 50 pieds, le comité NEC a adopté d’autres modifications peu de temps après, permettant une longueur illimitée de TC-ER en vertu de l’article 336. Avec l’avènement d’une longueur illimitée, l’article 336 a également apporté d’autres questions, comme une plus grande surface d’exposition du câble et la sensibilité à l’environnement industriel. Dans les conditions typiques de fonctionnement, les facteurs tels que la température ambiante, la résistance mécanique des câbles, le mouvement involontaire et l’exposition constante aux huiles lubrifiantes et de refroidissement industrielles doivent être pris en compte. Lorsqu’il est exposé à ces conditions, le câble va inévitablement commencer à se détériorer; la gaine globale peut gonfler ou se fissurer, une situation potentiellement dangereuse peut se créer, tout comme des temps d’arrêt de la machine et de la production. Ces problèmes potentiels sont indésirables et nécessitent la mise en œuvre de mesures de protection des câbles.

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PRODUITS GROUPE LAPP

UL : résist. à l’huile I

UL : résist. à l’huile II

Rési- lience -25 °C

UL AWM 21098

Flexion -40 °C

FT4 Flamme

Nom du produit

Description

Autorisations UL/CSA

ÖLFLEX ® 190 & ÖLFLEX ® 190 CY

Câble d’alimentation et de contrôle pour machine Alimentation et commande en continu Câble flexible pour chaîne porte-câbles

MTW/600 V – AWM X

X

X

ÖLFLEX ® FD 890 & ÖLFLEX ® FD 890 CY ÖLFLEX ® TRAY II & ÖLFLEX ® TRAY II CY ÖLFLEX ® TC 600 & ÖLFLEX ® TC 600S UNITRONIC ® 300 & UNITRONIC ® 300S

600 V – AWM

X

X

X

MTW 600 V – TC-ER & CIC/ TC

Câble d’interconnexion pour l’alimentation et la commande Câble d’interconnexion pour l’alimentation et la commande

X

X

X

X

X

600 V – TC & CIC/TC

X

X

X

X

Câble de commande multi-conducteurs

300 V / CMG

X

X

X

Câble d’interconnexion pour l’alimentation et la commande Câble d’interconnexion pour l’alimentation et la commande

MTW 600 V – TC & CIC/TC MTW 600 V – TC & CIC/TC MTW 600 V – TC & CIC/TC

ÖLFLEX ® FORTIS

X

X

X

X

X

X

ÖLFLEX ® CONTROL TM & ÖLFLEX ® CONTROL TM CY

X

X

X

X

X

ÖLFLEX ® VFD Slim

Câble VFD d’alimentation

X

X

X

X

X

600 V SOOW/HAR 300V SJTO / HAR

ÖLFLEX ® POWER IX

Câblage d’alimentation et de commande

*

ÖLFLEX ® POWER QUAD II

Câblage d’alimentation et de commande

X

X

X

Câble VFD d’alimentation avec une paire pour le frein

MTW 600 V – TC & CIC/TC MTW 600 V – TC & CIC/TC

ÖLFLEX ® VFD avec frein

X

X

X

X

X

ÖLFLEX ® VFD symétrique

Câble VFD d’alimentation

X

X

X

X

X

Câble VFD d’alimentation pour une flexibilité en continu pour chaîne porte-câbles

ÖLFLEX ® FD VFD

600 V – TC & CIC/TC

X

X

X

X

X

ÖLFLEX ® VFD XL

Câble VDF de commande de précision

600 V – TC

X

X

X

X

X

Câble d’interconnexion pour l’alimentation et la commande et cordon pour service intense Câble d’interconnexion pour l’alimentation et la commande Câble d’interconnexion pour l’alimentation et la commande

STOOW 600 V – TC & CIC/TC

ÖLFLEX ® POWER MULTI

X

X

X

X

X

ÖLFLEX ® AUTO I

600 V – TC & CIC/TC

X

X

X

X

X

ÖLFLEX ® AUTO X

600 V – TC & CIC/TC

X

X

X

X

X

* Réussit le test de résistance à l’huile UL 62

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