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1
HAUTE TENSION
Isolation Externe
Dr Mohammed El Amine SLAMA
Université des Sciences et de la Technologie d’Oran
Mohamed Boudiaf
Faculté de Génie Electrique
Département d’électrotechnique
2
1. Isolement externe des réseaux électriques
2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz
3. Pollution et isolation externe
4. Dimensionnement des isolations externes
Plan de l’exposé
1. Isolement externe des réseaux électriques
 Support mécanique devant assuré :
• Isolation entre des pièces
conductrices (phase-phase).
• Isolation entre une pièce
conductrice et la masse (terre).
3
4
1. Isolement externe des réseaux électriques
5
Par interface, nous désignerons la réunion d’au moins deux diélectriques de
permittivité et de conductivité différente. On parle dans ce cas d’isolation composite ou
mixte (gaz/solide – vide/solide – liquide/solide).
Du point de vue rigidité diélectrique, l’interface est un point faible qui voit l’apparition
de décharges qui vont s’allonger jusqu’à provoquer le contournement (claquage).
Lf
Lc
La ligne de fuite (Lf) est la distance la
plus courte le long de la surface d'un
isolant entre deux parties conductrices.
La ligne de contournement (Lc) est la
distance la plus courte dans un gaz
entre deux parties conductrices.
Le facteur de forme FF est un
paramètre qui rends compte de la
variation du rapport de la ligne de fuite
géométrique et du diamètre
géométrique.
1. Isolement externe des réseaux électriques
6
Paroi (mur, carcasse métallique)
Conducteur (HT)
Isolateur
Masse (blindage)
Extrémité de jonction
Conducteur (HT)
2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz
Cs
Cv
Au début, des décharges couronnes apparaissent et dépendent de la capacité équivalente du
système :
inception a
A
U
C

La seconde étape voit l’apparition de streamers : streamer b
B
U
C

Les streamers peuvent se propager puis reculer (réversibilité du phénomène) ou court-circuiter
tout l’isolant lorsqu’ils atteignent une longueur critique; c’est le contournement.
fov d
D
U
C

• C est la capacité équivalente,
• les constantes A, B, D, a, b et d sont liées à la géométrie de l’isolateur, à la nature de la
décharge et aux conditions expérimentales (gaz, pression, température, humidité, forme des
électrodes, tension, etc.)
2 5 4
max
du
l k C U
dt
    D’après Toepler
2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz
2
10
inceptionU
C


4
0,44
1,36.10
streamerU
C


2 5 4
max
du
l k C U
dt
   
En présence des streamers, il suffit de
quelque centaines de volts pour faire une
transition vers le contournement.
Corona Streamers
Streamers
Leader
2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz
Les mécanismes responsables de l’apparition précoce de décharges au niveau des
interfaces gaz/solide sont :
• la distorsion du champ électrique;
• la modification des coefficients d'ionisation et d'attachement;
• l’accumulation de charges surfaciques;
La combinaison de ces mécanismes contribue considérablement à la diminution de
la rigidité diélectrique de l’interface gaz/isolant.
Uniformisation et optimisation de la répartition du champ électrique dans le cas des
isolateur  répartition optimale des capacités en ajoutant des électrodes flottantes..
Limitation des courant de fuite au niveau des jonctions et terminaison de câble 
insertion d’un couche résistive l’isolant.
2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz
10
2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz
11
2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz
12
Dans le cas de surface isolantes polluées, la tension de contournement est
inversement proportionnelle au degré de pollution.
3. Pollution et isolation externe
13
Centrale de production
Poste élévateur
Lignes de transportPoste d’interconnexion et de
répartition
Réseaux de répartition
HTA
Réseaux de distribution
HTB
3. Pollution et isolation externe
14
La chronologie du processus qui mène au contournement est constituée
essentiellement de quatre grandes phases ;
1. dépôt d'une couche solide constituée de sels et de matériaux insolubles,
sauf dans le cas d’une pollution marine où la pollution est sous la forme
d’embruns marins,
2. humidification de la couche de pollution et circulation d'un courant dû à la
dissolution des sels contenus dans le dépôt,
3. apparition de bandes sèches dues à l'échauffement par effet Joules
provoqué par la circulation du courant ce qui aura pour conséquence
l'amorçage de décharges locales,
4. élongation des décharges jusqu'à court-circuiter l'isolateur.
3. Pollution et isolation externe
3. Pollution et isolation externe
16
3. Pollution et isolation externe
17
-Quantité de la pollution
-Constitution de la pollution
-Composition de la pollution
-Humidification de la couche
•Site
•Isolateur
•Facteurs
climatiques
NOCIVITE DE LA POLLUTION
TENSION
FOV
3. Pollution et isolation externe
18
Niveau et taux
de pollution
Description de l’environnement
faible
0.06 mg/cm²
zones sans industries et avec faible densité d’habitations équipées
d’installations de chauffage.
zones avec faible densité d’industries ou d’habitations mais soumises
fréquemment aux vents et/ou pluies.
régions agricoles, régions montagneuses.
moyen
0.20 mg/cm²
zones avec industries ne produisant pas de fumées particulièrement
polluantes et/ou avec une densité moyenne d’habitations équipées
d’installation de chauffage.
 zones à forte densité d’habitations et/ou d’industries mais soumises
fréquemment aux vents et/ou à des chutes de pluies.
zones exposées au vent de mer, mais pas trop proches de la côte.
fort
0.60 mg/cm²
zones avec forte densité d’industries et banlieues de grandes villes avec
forte densité d’installation de chauffage polluantes
zones situées près de la mer, ou exposées à des vents relativement forts
venant de la mer.
très fort
> 0.60 mg/cm²
zones généralement peu étendues, soumises à des poussières conductrices
et à des fumées industrielles produisant des dépôts conducteurs
particulièrement épais.
zones généralement peu étendues, très proches de la côte et exposées aux
embruns, aux vents marins très forts et polluants.
zones désertiques caractérisées par de longues périodes sans pluie,
exposées aux vents forts transportant du sable et du sel et soumises à une
condensation régulière.
3. Pollution et isolation externe
19
3. Pollution et isolation externe
20
3. Pollution et isolation externe
21
Modèle électrique
. . ( ).n
app A K pU V V V X N I r L X I
     
Les paramètres N et n sont des constantes caractéristiques de la décharge.
Dépendent de la nature du milieu où brûle la décharge et varient selon les auteurs et
les conditions expérimentales.
Vapp=VA-VB
A
B
Vd (x)
Canal de décharge Pollution
Vp(x)
X L-X
I
3. Pollution et isolation externe
22
. . ( ).n
pV X N I r L X I
  
3. Pollution et isolation externe
Paramètres d’influence
Polarité
tension continue  Vc(-)< Vc(+)
Constitution chimique de la pollution
Vc change en fonction de la nature chimique de la pollution et la quantité de
matières insolubles.
Paramètres géométriques et environnementales
 forme de l’isolateur et disposition;
 humidification et nature chimique du polluant;
 forme de la tension appliquée;
 matériau (céramique, porcelaine, composite...)
3. Pollution et isolation externe
24
Contournement par pollution sous tension alternative
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
-15
-10
-5
0
5
10
15
Courant[A]
Tension[kV] Temps t [ s ]
-2
-1
0
1
2
___ Tension
___ Courant
3. Pollution et isolation externe
25
Méthode de la densité du dépôt de sel équivalent ESDD
Equivalent Salt Deposit Density (ESDD) [mg/cm²] est la densité de dépôt de sel
équivalent DDSE est le dépôt équivalent exprimé en mg de NaCl par cm² de la surface
de l’isolateur, et qui a une conductivité électrique égale à celle du dépôt réel lorsqu’il
est dissout dans la même quantité d’eau déminéralisée ou distillée.
Non Soluble Deposit Density (NSDD) [mg/cm²] est la densité de matière insoluble
exprimé en mg par cm² de la surface de l’isolateur après filtrage, séchage et pesage du
dépôt de pollution.
iso
sol
S
V
ESDD  03,1
20 )7,5( 
Méthodes de mesure
3. Pollution et isolation externe
26
Méthodes de mesure
3. Pollution et isolation externe
27
27
Méthodes de mesure
3. Pollution et isolation externe
28
26/08/2016TITRE DE LA PRÉSENTATION - INTERVENANT - 28
Méthode de la conductance superficielle
La conductance superficielle est le rapport du
courant de fuite qui traverse l'isolateur à la
tension appliquée qui est inférieure à la tension
de service.
Cette méthode permet une évaluation de l'état
superficiel humidifié de l'isolateur.
Méthodes de mesure
3. Pollution et isolation externe
29
Méthode du courant de fuite
La surface de l'isolateur est recouverte d'une couche de pollution séparée par des
bandes sèches. Les arcs partiels s'allument et s'éteignent à chaque passage par zéro
de la tension ce qui se traduit par l'apparition d'impulsions d'amplitudes variables du
courant de fuite.
La crête maximale du courant de fuite s'approche du courant critique et renseigne sur
l'éminence du contournement. Cette méthode repose sur la mesure de la plus forte
crête du courant de fuite enregistrée pendant une période donnée sur un échantillon
ou un isolateur réel constamment soumis à sa tension de service.
L'existence des impulsions du courant de fuite dus à l'établissement de ces arcs
correspond à la phase qui précède le contournement. La fréquence et l'amplitude de
ces impulsions augmentent au fur et à mesure que l'on s'approche du contournement.
Le comptage d'impulsions consiste à enregistrer pendant une période donnée le
nombre d'impulsions du courant de fuite qui dépassent une certaine amplitude, pour
un isolateur soumis à sa tension de service.
Méthodes de mesure
3. Pollution et isolation externe
30
Uapp = 30 kV
-3
-2
-1
0
1
2
3
-27 -17 -7 3 13
Temps (ms)
Courantdefuite(mA)
Méthodes de mesure
3. Pollution et isolation externe
31
Méthodes de mesure
3. Pollution et isolation externe
32
Méthodes indirectes et/ou complémentaires
 Mesures météorologiques
• Température
• Humidité
• Vitesse et direction du vent
• Pluviométrie
• Etc.
 Analyses physico-chimiques
• Analyse quantitative et qualitative de
la constitution chimique de la
pollution.
• Analyse de l’état de surface de
l’isolateur.
• Analyse des dépôts secondaires
(organiques, solides, etc.).
Méthodes de mesure
3. Pollution et isolation externe
33
Des méthodes d’essais sous pollution artificielles ont été proposées en vue de
reproduire les conditions environnementales auxquelles sont soumis les isolateurs.
Deux méthodes sont proposées suivant les normes CEI et ANSI/IEEE : la méthode
du brouillard salin où une solution saline pure (NaCl + H2O) est pulvérisée sur
l’isolateur et la méthode de la couche solide où la pollution est constituée d’une
couche solide préparée à base de sel (NaCl) et des matières insolubles inerte que
l’on humidifie progressivement par pulvérisation ou par condensation.
A l'aide de ces techniques d'essais, il est possible de déterminer soit :
• la sévérité maximale qu'un isolateur peut supporter sans contourner sous une
tension donnée,
• la tension maximale qu'un isolateur peut tenir sans contourner pour une sévérité
donnée,
• la tension (ou la sévérité) correspondant à une probabilité de 50% d'amorçage
pour un niveau de sévérité donné (ou de tension donnée).
La procédure d'essai permet de dresser un catalogue complet des caractéristiques
tension/sévérité des isolateurs.
Essais sous pollution artificielle en laboratoire
3. Pollution et isolation externe
34
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3. Pollution et isolation externe
35
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3. Pollution et isolation externe
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3. Pollution et isolation externe
41
Dimensionnement
3. Pollution et isolation externe
42
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HAUTE TENSION : Isolation Externe + pollution

  • 1. 1 HAUTE TENSION Isolation Externe Dr Mohammed El Amine SLAMA Université des Sciences et de la Technologie d’Oran Mohamed Boudiaf Faculté de Génie Electrique Département d’électrotechnique
  • 2. 2 1. Isolement externe des réseaux électriques 2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz 3. Pollution et isolation externe 4. Dimensionnement des isolations externes Plan de l’exposé
  • 3. 1. Isolement externe des réseaux électriques  Support mécanique devant assuré : • Isolation entre des pièces conductrices (phase-phase). • Isolation entre une pièce conductrice et la masse (terre). 3
  • 4. 4 1. Isolement externe des réseaux électriques
  • 5. 5 Par interface, nous désignerons la réunion d’au moins deux diélectriques de permittivité et de conductivité différente. On parle dans ce cas d’isolation composite ou mixte (gaz/solide – vide/solide – liquide/solide). Du point de vue rigidité diélectrique, l’interface est un point faible qui voit l’apparition de décharges qui vont s’allonger jusqu’à provoquer le contournement (claquage). Lf Lc La ligne de fuite (Lf) est la distance la plus courte le long de la surface d'un isolant entre deux parties conductrices. La ligne de contournement (Lc) est la distance la plus courte dans un gaz entre deux parties conductrices. Le facteur de forme FF est un paramètre qui rends compte de la variation du rapport de la ligne de fuite géométrique et du diamètre géométrique. 1. Isolement externe des réseaux électriques
  • 6. 6 Paroi (mur, carcasse métallique) Conducteur (HT) Isolateur Masse (blindage) Extrémité de jonction Conducteur (HT) 2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz
  • 7. Cs Cv Au début, des décharges couronnes apparaissent et dépendent de la capacité équivalente du système : inception a A U C  La seconde étape voit l’apparition de streamers : streamer b B U C  Les streamers peuvent se propager puis reculer (réversibilité du phénomène) ou court-circuiter tout l’isolant lorsqu’ils atteignent une longueur critique; c’est le contournement. fov d D U C  • C est la capacité équivalente, • les constantes A, B, D, a, b et d sont liées à la géométrie de l’isolateur, à la nature de la décharge et aux conditions expérimentales (gaz, pression, température, humidité, forme des électrodes, tension, etc.) 2 5 4 max du l k C U dt     D’après Toepler 2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz
  • 8. 2 10 inceptionU C   4 0,44 1,36.10 streamerU C   2 5 4 max du l k C U dt     En présence des streamers, il suffit de quelque centaines de volts pour faire une transition vers le contournement. Corona Streamers Streamers Leader 2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz
  • 9. Les mécanismes responsables de l’apparition précoce de décharges au niveau des interfaces gaz/solide sont : • la distorsion du champ électrique; • la modification des coefficients d'ionisation et d'attachement; • l’accumulation de charges surfaciques; La combinaison de ces mécanismes contribue considérablement à la diminution de la rigidité diélectrique de l’interface gaz/isolant. Uniformisation et optimisation de la répartition du champ électrique dans le cas des isolateur  répartition optimale des capacités en ajoutant des électrodes flottantes.. Limitation des courant de fuite au niveau des jonctions et terminaison de câble  insertion d’un couche résistive l’isolant. 2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz
  • 10. 10 2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz
  • 11. 11 2. Phénomènes aux interfaces solides/gaz
  • 12. 12 Dans le cas de surface isolantes polluées, la tension de contournement est inversement proportionnelle au degré de pollution. 3. Pollution et isolation externe
  • 13. 13 Centrale de production Poste élévateur Lignes de transportPoste d’interconnexion et de répartition Réseaux de répartition HTA Réseaux de distribution HTB 3. Pollution et isolation externe
  • 14. 14 La chronologie du processus qui mène au contournement est constituée essentiellement de quatre grandes phases ; 1. dépôt d'une couche solide constituée de sels et de matériaux insolubles, sauf dans le cas d’une pollution marine où la pollution est sous la forme d’embruns marins, 2. humidification de la couche de pollution et circulation d'un courant dû à la dissolution des sels contenus dans le dépôt, 3. apparition de bandes sèches dues à l'échauffement par effet Joules provoqué par la circulation du courant ce qui aura pour conséquence l'amorçage de décharges locales, 4. élongation des décharges jusqu'à court-circuiter l'isolateur. 3. Pollution et isolation externe
  • 15. 3. Pollution et isolation externe
  • 16. 16 3. Pollution et isolation externe
  • 17. 17 -Quantité de la pollution -Constitution de la pollution -Composition de la pollution -Humidification de la couche •Site •Isolateur •Facteurs climatiques NOCIVITE DE LA POLLUTION TENSION FOV 3. Pollution et isolation externe
  • 18. 18 Niveau et taux de pollution Description de l’environnement faible 0.06 mg/cm² zones sans industries et avec faible densité d’habitations équipées d’installations de chauffage. zones avec faible densité d’industries ou d’habitations mais soumises fréquemment aux vents et/ou pluies. régions agricoles, régions montagneuses. moyen 0.20 mg/cm² zones avec industries ne produisant pas de fumées particulièrement polluantes et/ou avec une densité moyenne d’habitations équipées d’installation de chauffage.  zones à forte densité d’habitations et/ou d’industries mais soumises fréquemment aux vents et/ou à des chutes de pluies. zones exposées au vent de mer, mais pas trop proches de la côte. fort 0.60 mg/cm² zones avec forte densité d’industries et banlieues de grandes villes avec forte densité d’installation de chauffage polluantes zones situées près de la mer, ou exposées à des vents relativement forts venant de la mer. très fort > 0.60 mg/cm² zones généralement peu étendues, soumises à des poussières conductrices et à des fumées industrielles produisant des dépôts conducteurs particulièrement épais. zones généralement peu étendues, très proches de la côte et exposées aux embruns, aux vents marins très forts et polluants. zones désertiques caractérisées par de longues périodes sans pluie, exposées aux vents forts transportant du sable et du sel et soumises à une condensation régulière. 3. Pollution et isolation externe
  • 19. 19 3. Pollution et isolation externe
  • 20. 20 3. Pollution et isolation externe
  • 21. 21 Modèle électrique . . ( ).n app A K pU V V V X N I r L X I       Les paramètres N et n sont des constantes caractéristiques de la décharge. Dépendent de la nature du milieu où brûle la décharge et varient selon les auteurs et les conditions expérimentales. Vapp=VA-VB A B Vd (x) Canal de décharge Pollution Vp(x) X L-X I 3. Pollution et isolation externe
  • 22. 22 . . ( ).n pV X N I r L X I    3. Pollution et isolation externe
  • 23. Paramètres d’influence Polarité tension continue  Vc(-)< Vc(+) Constitution chimique de la pollution Vc change en fonction de la nature chimique de la pollution et la quantité de matières insolubles. Paramètres géométriques et environnementales  forme de l’isolateur et disposition;  humidification et nature chimique du polluant;  forme de la tension appliquée;  matériau (céramique, porcelaine, composite...) 3. Pollution et isolation externe
  • 24. 24 Contournement par pollution sous tension alternative 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 -15 -10 -5 0 5 10 15 Courant[A] Tension[kV] Temps t [ s ] -2 -1 0 1 2 ___ Tension ___ Courant 3. Pollution et isolation externe
  • 25. 25 Méthode de la densité du dépôt de sel équivalent ESDD Equivalent Salt Deposit Density (ESDD) [mg/cm²] est la densité de dépôt de sel équivalent DDSE est le dépôt équivalent exprimé en mg de NaCl par cm² de la surface de l’isolateur, et qui a une conductivité électrique égale à celle du dépôt réel lorsqu’il est dissout dans la même quantité d’eau déminéralisée ou distillée. Non Soluble Deposit Density (NSDD) [mg/cm²] est la densité de matière insoluble exprimé en mg par cm² de la surface de l’isolateur après filtrage, séchage et pesage du dépôt de pollution. iso sol S V ESDD  03,1 20 )7,5(  Méthodes de mesure 3. Pollution et isolation externe
  • 26. 26 Méthodes de mesure 3. Pollution et isolation externe
  • 27. 27 27 Méthodes de mesure 3. Pollution et isolation externe
  • 28. 28 26/08/2016TITRE DE LA PRÉSENTATION - INTERVENANT - 28 Méthode de la conductance superficielle La conductance superficielle est le rapport du courant de fuite qui traverse l'isolateur à la tension appliquée qui est inférieure à la tension de service. Cette méthode permet une évaluation de l'état superficiel humidifié de l'isolateur. Méthodes de mesure 3. Pollution et isolation externe
  • 29. 29 Méthode du courant de fuite La surface de l'isolateur est recouverte d'une couche de pollution séparée par des bandes sèches. Les arcs partiels s'allument et s'éteignent à chaque passage par zéro de la tension ce qui se traduit par l'apparition d'impulsions d'amplitudes variables du courant de fuite. La crête maximale du courant de fuite s'approche du courant critique et renseigne sur l'éminence du contournement. Cette méthode repose sur la mesure de la plus forte crête du courant de fuite enregistrée pendant une période donnée sur un échantillon ou un isolateur réel constamment soumis à sa tension de service. L'existence des impulsions du courant de fuite dus à l'établissement de ces arcs correspond à la phase qui précède le contournement. La fréquence et l'amplitude de ces impulsions augmentent au fur et à mesure que l'on s'approche du contournement. Le comptage d'impulsions consiste à enregistrer pendant une période donnée le nombre d'impulsions du courant de fuite qui dépassent une certaine amplitude, pour un isolateur soumis à sa tension de service. Méthodes de mesure 3. Pollution et isolation externe
  • 30. 30 Uapp = 30 kV -3 -2 -1 0 1 2 3 -27 -17 -7 3 13 Temps (ms) Courantdefuite(mA) Méthodes de mesure 3. Pollution et isolation externe
  • 31. 31 Méthodes de mesure 3. Pollution et isolation externe
  • 32. 32 Méthodes indirectes et/ou complémentaires  Mesures météorologiques • Température • Humidité • Vitesse et direction du vent • Pluviométrie • Etc.  Analyses physico-chimiques • Analyse quantitative et qualitative de la constitution chimique de la pollution. • Analyse de l’état de surface de l’isolateur. • Analyse des dépôts secondaires (organiques, solides, etc.). Méthodes de mesure 3. Pollution et isolation externe
  • 33. 33 Des méthodes d’essais sous pollution artificielles ont été proposées en vue de reproduire les conditions environnementales auxquelles sont soumis les isolateurs. Deux méthodes sont proposées suivant les normes CEI et ANSI/IEEE : la méthode du brouillard salin où une solution saline pure (NaCl + H2O) est pulvérisée sur l’isolateur et la méthode de la couche solide où la pollution est constituée d’une couche solide préparée à base de sel (NaCl) et des matières insolubles inerte que l’on humidifie progressivement par pulvérisation ou par condensation. A l'aide de ces techniques d'essais, il est possible de déterminer soit : • la sévérité maximale qu'un isolateur peut supporter sans contourner sous une tension donnée, • la tension maximale qu'un isolateur peut tenir sans contourner pour une sévérité donnée, • la tension (ou la sévérité) correspondant à une probabilité de 50% d'amorçage pour un niveau de sévérité donné (ou de tension donnée). La procédure d'essai permet de dresser un catalogue complet des caractéristiques tension/sévérité des isolateurs. Essais sous pollution artificielle en laboratoire 3. Pollution et isolation externe
  • 34. 34 Les isolateurs en silicone 3. Pollution et isolation externe
  • 35. 35 Les isolateurs en silicone 3. Pollution et isolation externe
  • 36. Les isolateurs en silicone 3. Pollution et isolation externe
  • 37. Les isolateurs en silicone 3. Pollution et isolation externe
  • 38. 38 Les isolateurs en silicone 3. Pollution et isolation externe
  • 39. Les isolateurs en silicone 3. Pollution et isolation externe