Feuille d'aluminium pour les applications de blindage de câbles dans les câbles de communication souterrains

Feuille d'aluminium pour le blindage des câbles dans les câbles de communication souterrains
Une vue technique approfondie de l'intérieur du câble

Lorsque les données à grande vitesse transitent par des kilomètres de câbles de communication souterrains, le héros discret est souvent une couche ultra fine de papier d’aluminium. Il est facile de décrire la feuille d’aluminium comme une simple barrière, mais dans les réseaux souterrains, elle devient une interface électromagnétique et chimique soigneusement conçue. De la sélection de l'alliage et du contrôle de la trempe à la chimie de la surface et au comportement du laminage, chaque détail de cette feuille détermine si un câble enterré fonctionnera parfaitement pendant des décennies ou se dégradera silencieusement dans le sol.

Pourquoi le papier d'aluminium est plus important sous terre que dans les câbles aériens

Les câbles de communication souterrains vivent dans un environnement difficile et incontrôlé. L'humidité, les ions du sol, les courants vagabonds, les surtensions induites par la foudre et le remblai compacté tentent tous d'attaquer le câble. Dans ce contexte, la feuille d'aluminium n'est pas seulement un bouclier EMI. Il sert de

• Une cage de Faraday continue qui réduit à la fois le rayonnement entrant et sortant
• Un chemin de retour à faible impédance pour les courants induits et les courants de défaut
• Une barrière de diffusion d'humidité lorsqu'elle est combinée avec des polymères et des composés d'inondation
• Une interface galvanique qui doit coexister avec le cuivre, l'acier et d'autres métaux dans la structure du câble

Les voies souterraines sont beaucoup plus exposées à l'augmentation du potentiel de terre, aux tensions induites par les câbles électriques à proximité et aux sources de corrosion. En conséquence, la feuille doit être conçue en mettant davantage l’accent sur la continuité électrique, la stabilité chimique et la compatibilité avec la structure composite du câble que dans les applications intérieures ou aériennes standard.

Sélection d'alliage comme compromis entre conductivité, résistance et formabilité

Pour le blindage des câbles de communication, la feuille d'aluminium nécessite trois capacités principales. Il doit conduire efficacement, s'enrouler et se plier sans se déchirer, et résister aux fissures au cours de décennies de micro-mouvements et de cycles thermiques dans le sol.

Les concepteurs de câbles privilégient généralement les alliages non traitables thermiquement et écrouissables à haute teneur en aluminium. Les choix les plus courants incluent

• 1050, 1060, 1070
  Alliages d'aluminium essentiellement purs avec une teneur en aluminium supérieure à 99,5 pour cent. Ils offrent une excellente conductivité électrique et une bonne résistance à la corrosion. Cependant, ils peuvent être relativement mous, le choix de la température et de tout matériau de support tel que le polyester devient donc crucial.

• 1100
  Un alliage commercialement pur avec une résistance légèrement supérieure à celle du 1050 tout en conservant une bonne conductivité et une bonne résistance à la corrosion.

• 8011
  Un alliage d'aluminium, de fer et de silicium largement utilisé dans les applications de feuilles. Il offre une meilleure résistance et formabilité que l'aluminium pur, une conductivité légèrement inférieure et de très bonnes performances de roulement pour les feuilles minces.

Le compromis est clair. Une pureté plus élevée améliore la conductivité et la résistance à la corrosion mais réduit la résistance. L'alliage 8011 et les compositions similaires interviennent lorsque la feuille doit résister à des charges mécaniques lors de la fabrication de câbles, du blindage ou des installations à courbure serrée, en particulier dans les conduits soumis à une tension de traction élevée.

Options typiques d'alliage et de trempe pour les feuilles de câbles de communication souterrains

Pour étayer la discussion, voici un ensemble représentatif de combinaisons de tempéraments d’alliages et de propriétés de base souvent prises en compte pour la feuille d’aluminium de blindage de câbles. Les valeurs réelles varient selon le fabricant et les spécifications, mais le tableau illustre comment l'alliage et l'état façonnent l'enveloppe de performances.

Plages typiques d'alliage, de trempe et de propriétés physiques

Du point de vue d'un concepteur de câbles souterrains, le choix pourrait ressembler à ceci :

• Utilisez 1 050 ou 1 060 si la conception donne la priorité à la résistance de blindage la plus faible possible pour un nombre élevé de paires et de très longues distances de transmission.
• Utilisez le 8011 lorsque la robustesse mécanique, la pliabilité et la résistance au froissement sont plus importantes, en particulier lorsqu'ils sont combinés avec une ondulation longitudinale, un blindage en acier ou une flexion répétée.

L'effet du tempérament sur les performances souterraines

L'état de trempe est souvent compris à tort comme une classification de propriétés purement mécaniques, mais dans le blindage des câbles, il se traduit directement par la fiabilité électrique et la capacité de survie à long terme dans le sol.

Caractère doux O

• L'allongement élevé permet un enroulement serré sur les âmes de câbles multicouches sans microfissuration.
• Particulièrement avantageux pour les conceptions de noyaux de grand diamètre ou complexes et pour les câbles installés dans des conduits présentant des courbures fréquentes.
• Plus tolérant aux différences de dilatation thermique entre les couches d'aluminium et de polymère sur la plage de températures de fonctionnement, souvent d'environ moins 40 à plus 80 degrés Celsius.

Tempéraments durs H18, H24, H22

• La résistance à la traction améliorée prend en charge des feuilles plus fines, réduisant ainsi l'utilisation de métal et le poids du câble tout en maintenant l'intégrité de la manipulation.
• Une meilleure rétention des plis est utile lorsque la feuille doit rester étroitement enveloppée pendant les étapes de gainage et de blindage.
• Une susceptibilité légèrement plus élevée à l'initiation de fissures en cas de courbure excessive ou de contrainte au-delà des limites de conception, d'où l'intégration avec un support en polyester ou une ondulation contrôlée est courante.

Le sous-sol, les cycles thermiques et les mouvements du sol sont inévitables. Une feuille trop dure peut développer des microfractures au niveau des courbures et des chevauchements, compromettant à la fois le blindage EMI et les performances de barrière à l'eau. Pour cette raison, de nombreuses conceptions souterraines privilégient les états intermédiaires ou doux et s'appuient sur des constructions composites telles que des stratifiés aluminium-polyester pour offrir la résistance mécanique nécessaire.

Normes de mise en œuvre et cadres de tests pertinents

La performance de la feuille d'aluminium dans les câbles de communication souterrains est implicitement et explicitement régie par un ensemble de normes internationales et régionales. Bien que bon nombre d'entre elles concernent le câble fini plutôt que le film lui-même, elles influencent fortement les spécifications du film.

Des exemples de normes et d'exigences largement référencées comprennent

• Série CEI 61156 pour câbles de communication équilibrés
• Série CEI 60794 pour les câbles à fibres optiques, y compris les conceptions en conduit et à enfouissement direct où des blindages en feuille d'aluminium peuvent être utilisés dans des constructions hybrides ou composites
• CEI 60228 pour la résistance des conducteurs, affectant indirectement la conception du blindage pour gérer les courants induits
• Diverses normes EN, TIA et ASTM couvrant les blindages métalliques, la résistance à la corrosion et les performances d'inflammabilité

Dans ces cadres, la feuille doit aider le câble à répondre à des mesures telles que

• Impédance de transfert et atténuation de blindage sur des plages de fréquences spécifiées
• Performance diélectrique lorsque le blindage est intégré à des polymères d'isolation et de gainage internes
• Performance de vieillissement à long terme dans des conditions d'immersion dans l'eau, de chaleur humide et de sol corrosif
• Tests mécaniques tels que la flexion, la torsion, l'écrasement et la résistance à la traction répétés du câble terminé

Paramètres électriques importants pour le blindage des câbles souterrains

L'intégrité du signal souterrain est dominée par la diaphonie, l'atténuation, le bruit au sol et les interférences externes. Le papier d’aluminium aide à les gérer à travers plusieurs paramètres.

Efficacité du blindage

L'efficacité du blindage en décibels dépend de l'épaisseur de la feuille, de la conductivité, du chevauchement et de la présence de matériaux de support. Une feuille d'aluminium continue avec un chevauchement approprié peut facilement fournir une atténuation élevée sur un large spectre de fréquences, particulièrement efficace contre le couplage de champ électrique et les interférences haute fréquence.

Impédance de transfert

Pour les blindages métalliques, l'impédance de transfert en milliohms par mètre est un paramètre. Il relie la conception du blindage à l’ampleur des courants perturbateurs et des tensions induites. Une faible impédance de transfert est obtenue par

• Utiliser une feuille continue plutôt qu'un simple blindage tressé
• Assurer un chevauchement longitudinal serré, souvent autour de 20 à 25 pour cent pour la fiabilité
• Choisir un alliage et une épaisseur offrant une faible résistance CC par unité de longueur

Continuité du chemin de terre

Les câbles souterrains passent souvent en parallèle avec les lignes électriques ou le long de routes électriquement bruyantes. Le blindage en feuille d'aluminium peut être utilisé comme chemin pour évacuer les courants induits vers la terre. Pour que cela fonctionne de manière fiable

• La feuille doit conserver la continuité électrique sur toute la circonférence du câble
• Les joints, les épissures et les terminaisons doivent maintenir la feuille pour drainer les connexions des fils et garantir un contact à faible résistance même après des années d'exposition à la corrosion.
• L'alliage doit être compatible avec le matériel de mise à la terre, souvent à base de cuivre, pour limiter les différences de potentiel galvanique

Plages de paramètres électriques typiques pour la feuille d'aluminium utilisée dans le blindage des câbles

À titre d’illustration, voici des exemples de valeurs pour les paramètres de performance des feuilles d’aluminium nues couramment prises en compte dans les calculs de conception.

Ces caractéristiques définissent le comportement du blindage lorsqu'il est soumis au couplage de fréquence industrielle, aux surtensions induites par la foudre et aux interférences haute fréquence des systèmes radio et cellulaires.

Comportement chimique et corrosion en milieu enterré

Le monde souterrain est chimiquement complexe. L'humidité, les sels dissous, les composés soufrés et les courants vagabonds se combinent pour mettre à l'épreuve les composants métalliques. Le papier d’aluminium possède cependant une fonction d’auto-défense distinctive. Il forme naturellement une fine couche d’oxyde d’aluminium adhérente qui ralentit considérablement la corrosion dans de nombreuses conditions.

Cependant, les performances réelles en matière de corrosion dépendent de

• Composition de l'alliage, en particulier la teneur en fer et en silicium qui peut influencer subtilement le comportement par piqûre
• pH et teneur en chlorure du sol ou de l'eau environnante
• Présence de couples galvaniques avec des conducteurs en cuivre ou des renforts en acier
• L'intégrité des gaines en polymère et des éléments bloquant l'eau qui doivent éloigner les espèces agressives du film

Pour respecter pleinement la complexité chimique, les fournisseurs de feuilles d'aluminium destinées aux applications souterraines contrôlent généralement étroitement les niveaux d'impuretés. Voici un tableau de composition chimique représentatif de deux alliages de feuilles couramment utilisés dans le blindage.

Composition chimique typique des alliages de feuilles d'aluminium pour le blindage des câbles

Les valeurs sont des plages indicatives en pourcentage en poids.

Ce paysage chimique façonne la façon dont le film réagit au monde extérieur. Par exemple

• L'équilibre fin du fer et du silicium dans le 8011 optimise le roulement jusqu'à des jauges ultra fines sans trous d'épingle, essentielles pour un blindage fiable.
• La faible teneur en cuivre protège contre des formes spécifiques de corrosion localisée qui pourraient survenir dans les sols contenant du chlorure.
• La limite stricte des impuretés volatiles permet de garantir une adhésion stable aux polymères lors du laminage et évite la formation de gaz lors des processus de câbles à haute température.

Constructions de feuilles laminées comme interface technique

Dans les câbles de communication souterrains modernes, la feuille d’aluminium apparaît rarement seule. Il est généralement lié à du polyester ou à d’autres films polymères pour créer des rubans aluminium polyester AL PET ou aluminium polyester aluminium AL PET AL. Ces stratifiés transforment la feuille en une interface technique entre le métal et l'isolation.

Les avantages du laminage incluent

• Résistance à la déchirure et résistance à la manipulation améliorées sur les lignes de production de câbles à grande vitesse
• Adhésion contrôlée pour garantir que le film reste là où il est placé, maintenant le chevauchement et la couverture tout au long de sa durée de vie.
• Performances de barrière contre l'humidité améliorées grâce à l'effet combiné des couches de métal et de polymère
• Isolation électrique entre l'aluminium et le noyau ou d'autres composants métalliques si nécessaire pour gérer les effets galvaniques

D'un point de vue unique, le stratifié se comporte comme une peau électromagnétique composite. La couche d'aluminium offre conductivité et réflectivité pour le contrôle EMI. Le film polyester stabilise la géométrie et la surface, atténuant les contraintes micromécaniques qui pourraient autrement fissurer la feuille lors de la flexion, des cycles de température et de la charge du sol.

Paramètres pour les rubans en aluminium laminé

Pour les applications de câbles souterrains, les concepteurs prêtent attention aux caractéristiques du stratifié telles que

• Épaisseur totale du métal et du film, équilibrant la flexibilité et la performance de la barrière
• Résistance au pelage entre l'aluminium et le polymère, empêchant le délaminage dans des environnements humides et chauds
• Retrait thermique du film, qui peut exercer une contrainte sur la couche de feuille à des températures élevées
• Compatibilité avec les adhésifs thermofusibles, les composés d'inondation et les matériaux de gainage tels que le polyéthylène ou le PVC

L’interaction de la conception mécanique et électrique

L’un des défis d’ingénierie distinctifs réside dans l’alignement du comportement mécanique du film avec les objectifs électromagnétiques du bouclier.

Considérez ces aspects étroitement liés

• Le rayon de courbure minimum du câble terminé ne doit pas induire de déformation plastique au-delà de la capacité de déformation de la feuille. Les états durs peuvent donner une excellente propreté pendant la production, mais sont impitoyables si le câble est installé avec des coudes serrés.
• Le chevauchement longitudinal de la feuille est choisi pour assurer une continuité électrique constante, mais ce chevauchement introduit également une irrégularité de rigidité locale qui peut influencer la façon dont le câble fléchit.
• Dans les blindages multicouches, tels qu'une feuille plus tresse ou une feuille plus ruban métallique ondulé, la feuille d'aluminium doit coopérer avec des composants plus rigides pour partager la contrainte plutôt que de la concentrer dans une zone fragile.

Pour les installations souterraines, où le compactage et le tassement du sol appuient lentement contre le câble, cet appariement mécanique et électromagnétique est essentiel. Un blindage mécaniquement bien équilibré maintient son intégrité, et avec lui le profil d'impédance stable qui maintient les performances du signal prévisibles sur des décennies.

Considérations thermiques dans les environnements enterrés

Les câbles enterrés sont soumis à des cycles thermiques saisonniers et à des points chauds locaux à proximité des lignes électriques ou des infrastructures industrielles. La feuille d'aluminium réagit à la température de plusieurs manières qui sont importantes pour la conception du système.

• Une inadéquation de dilatation thermique avec les polymères peut générer des contraintes de cisaillement à l'interface. Une sélection appropriée de la trempe et une conception du stratifié atténuent ce problème.
• La résistance électrique augmente avec la température, affectant potentiellement la distribution du courant de blindage lors d'événements transitoires. Les concepteurs de câbles prennent en compte la température du sol la plus défavorable lors du calcul de l'augmentation de la température du blindage en cas de panne ou de surtension.
• L'oxydation de la feuille peut légèrement s'accélérer à des températures élevées en présence d'humidité, mais la couche d'oxyde stable limite généralement la pénétration en profondeur.

Du point de vue de la fiabilité à long terme, la feuille fait partie de l’écosystème thermique du câble, et pas seulement de sa coque électromagnétique. Son comportement face aux variations de température doit s'harmoniser avec tous les autres éléments, de l'isolation du conducteur à la gaine extérieure.

Intégration du papier d'aluminium dans la conception globale des câbles souterrains

Les câbles de communication souterrains les plus performants traitent la feuille d'aluminium non pas comme une couche de base mais comme un composant stratégique qui recoupe plusieurs domaines de conception.

Domaine électrique

• Optimise l'efficacité du blindage sur le spectre concerné, en prenant en charge les exigences modernes en matière de débit de données élevé et de faible bruit.
• Fournit des chemins prévisibles et à faible résistance pour les courants transitoires et induits, intégrés à des stratégies de mise à la terre et de liaison.

Domaine mécanique

• Maintient la continuité après les contraintes d’installation, la décantation du sol et les cycles thermiques.
• Fonctionne avec un blindage et une gaine pour garder le câble suffisamment flexible pour un acheminement réel tout en étant robuste contre l'écrasement et les chocs.

Domaine chimique

• Résiste à la corrosion dans une grande variété de sols, renforcé par des systèmes de gainage et de blocage de l'eau robustes.
• Maintient une forte adhérence dans les stratifiés malgré l’exposition à l’humidité, à la chaleur et aux contaminants chimiques potentiels.

Domaine de fabrication

• Traite efficacement les lignes de refendage, de rubanage et de câblage à grande vitesse avec un minimum de plis ou de déchirures.
• Maintient l’épaisseur et les propriétés mécaniques constantes pour éviter les variations des performances électriques et de la stabilité dimensionnelle du câble.

Lorsque les concepteurs et les spécialistes des matériaux examinent simultanément la feuille d’aluminium à travers toutes ces lentilles, ils révèlent la véritable valeur de cette couche métallique ultra fine. Il devient une interface finement réglée qui garantit silencieusement l'intégrité du signal dans certains des environnements les plus difficiles pour l'infrastructure de câble.