UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA Faculté des · PDF fileDépartement d’Electrotechnique Mémoire MASTER ACADEMIQUE Domaine : ... profiter de sa connaissance et pour son aide et ces

UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLAFaculté des Sciences AppliquéesDépartement d’Electrotechnique

MémoireMASTER ACADEMIQUE

Domaine : Sciences et TechnologieFilière : Electrotechnique

Spécialité Matériaux ElectrotechniquesPrésenté par

Souleiman BOUCHOUKHBadraeddine SAYEH LAMBARK

Theme

Soutenu publiquementLe : 08 /06/2014Devant le jury

Mr A. BENMIR MA (A) Pr. Président UKM Ouargla

Mr Y.BOUREK MA (A) Examinateur UKM Ouargla

Mme A. BELKEBIR MA (A) Examinateur UKM OuarglaMme N. M’ZIOU MC (A) Encadreur U BiskraMme K. BOUALI MA (A) Co-Encadreur UKM Ouargla

Année Universitaire : 2013 /2014

Influence de la Pollution Artificielle sur la Tensionde Contournement d’une Chaine d’Isolateurs MT

Nous rendons grâce à dieu de nous avoir donné le courage et la patienceafin de mener ce travail à terme.

Arrivé au terme de notre travail, nous tenons à exprimer vivement notreprofonde gratitude à notre promoteurs : Dr. N.M’ziouet K.Boualipour l'aide, lesuivie et l'intérêt qu'elles n'ont cessé de nous apporter jusqu'à l'achèvement denotre travail.

Nous remercions, Mr. H.Bengassmia qui nous a généreusement faitprofiter de sa connaissance et pour son aide et ces conseils utiles.

Nous remercions aussi les responsables du laboratoire de la haute tensionde l’université Mohamed KheidharBiskrapour leur aide.

Nous tenons également à remercier l'ensemble des membres du jury quiont fait l'honneur de juger notre travail.

Enfin, nos chaleureux remerciements vont également à tous ceux qui ontcontribué de près ou de loin à notre formation.

Chaleureusement je dédie ce modeste travail:

A la lumière de ma vie, mes chers parents en témoignage de

leuramour et de leur sacrifices sans limites, je leurs souhaite

unebonne santé, que Dieu me les garde.

A mes frères et mes sœurs.

A toute la famille bouchoukh

A tous mes amis …

A tous mes collègues de la promotion 2014.

souleimane…

Chaleureusement je dédie ce modeste travail :

A la lumière de ma vie, mes chers parents en témoignage de

leuramour et de leur sacrifices sans, je limiteleurs souhaite

unebonne santé, que Dieu me les garde.

A mes frères et mes sœurs.

A toute la famillebadre edine

A tous mes amis …

A tous mes collègues de la promotion 2014.

Badre dine

Je remercie bien DIEU tout puissant de m'avoiraccordé le

courage.

Plus que tout, je voudrais dédier ce modeste travail à mon cher et

adorable père qui m'encourageDans les instants délicats :

A ma chère et incomparable mère source de tendresse et de

l’amour.

A tous mes frères et mes sœurs et toutema famille.

A mon encadreur et mes professeurs.

A tous ce qu'ils ont aimé me voir ce jour là.

Oussama …

SOMMAIRE

Chapitre Ι : Les Isolateurs de Haute Tension

II. 2. 1 Contrainte de contournement d’isolateurs 16

II. 2. 2 Tension de contournement 16

II. 2. 3 Tension de tenue 17

II. 2.4 Conductance superficielle 17

II. 3 Formation et répartition des couches polluantes 17

I. 1 Introduction 6

I. 2 Fonctionnement et constitution d’un isolateur 6

I. 3 Principaux types d’isolateurs 7

I. 3.1. Isolateurs de type rigide 7

I. 3. 2 Elément de chaîne 7

I. 3. 2. 1 Isolateurs à capot et tige 8

I. 3. 2. 2 Isolateur à long fût en porcelaine 11

1.4 Choix des isolateurs 11

I. 5 utilisations des isolateurs 12

I.6 Les matériaux de fabrication des isolateurs

I. 6. 1 Céramique

12

12

I.6.2 Verres 13

I.6.3 Matériaux synthétiques 13

I. 7 Classification des isolateurs 14

I. 8 Conclusion

Chapitre II : Pollution des Isolateurs de HauteTension

II.1 Introduction

15

16

II.2 contournement d’isolateur 16

Introduction Générale 3

SOMMAIRE

II. 4 Source de pollution 18

II. 4. 1 Pollution naturelle 18

II. 4. 1. 1 Pollution marine 18

II. 4. 1. 2 Pollution désertique 18

II. 4. 2 Pollution industrielle 19

II. 4. 3 Pollution mixte 19

II. 5 Conséquence de la pollution 19

II. 5. 1 Arc non localisé 19

II. 5. 2 Arc permanent 20

II. 5. 3 Contournement des isolateurs 20

II. 6 Mesure de la sévérité de pollution des sites 21

II. 7 Méthodes d’essais sous pollution 22

II. 7. 1 Essai sous pollution naturelle 22

II. 7. 2 Essais sous pollution artificielle 23

II. 7. 2. 1 Méthode des couches solides 23

II. 7. 2. 2 Méthode du brouillard salin 23

II. 8 Techniques de lutte contre la pollution 24

II.8.1. Allongement de la ligne de fuite 24

II.8.2. Isolateurs plats 24

II.8.3. Graissage périodique 24

II.8.4. Revêtement silicone 25

II.8.5. Les isolateurs composites 25

II.8.6. Nettoyage des isolateurs 25

II. 9 Conclusion 25

Chapitre III : Techniques Expérimentales et Résultats

III.1 Introduction 27

III.2 Dispositif expérimental 27

III .2.1.1 Équipement de la station d'essai 27

III.2.1.2 Transformateur d'essai 27

III.2.1.3 Transformateur de réglage 27

III.2.1.4 Pupitre de commande 27

III.2.1.5 Appareils de mesure et de protection 28

III.2.1.6 Diviseur de tension 28

SOMMAIRE

III.3 Application de la couche e pollution 29

III.4Essais sous pollution artificielle 29

III.4.2 essais expérimental 30

III.4.3 Evolution de tension de contournement 30

III.4.4 Tension de contournement 32

III. 5 Conclusion 46

Liste des figures et des photos

Figure Page

I.1 Isolateur rigide en verre. 07

I.2 Assemblage à rotule. 08

I.3 Isolateur à capot et tige. 08

I.4 Isolateur à long fût en porcelaine. 11

I.5 Isolateur composite. 14

II.1 Etape du contournement d’une couche polluée. 21

III.1 un isolateur175 CTV neuf. 30

III.2 Observation des étincelles. 31

III.3 Evolution du contournement. 32

III.4 Influence de conductivité sur la tension de contournement (pour un

élément)

38

III.5 Influence de conductivité sur la tension de contournement (pour deux

éléments)

38

III.6 Influence de conductivité sur la tension de contournement pour

N1=constant

39


N2=Constant

39


N3=constant

40

III.9 Influence du niveau de pollution sur la tension de contournement (pour un

élément).

40

III.10 Influence du niveau de pollution sur la tension de contournement (pour

deux éléments).

41

III.11 Influence de niveau de pollution segma1=δ1=8.02ms/cm=constant

sur la tension de contournement.

41

III.12 Influence de niveau de pollution segma2=δ2=50.4/cm=constant sur la

tension de contournement.

42

III.13 Influence de niveau de pollution segma1=δ3=93.7ms/cm=constant

sur la tension de contournement pour

42

Liste des figures et des photos

III.14 Influence du nombre des éléments pourN1=constant et déférentes

conductivité sur la tension de contournement

43

III.15 Influence du nombre des éléments pourN2= constant et déférentes


43

III.16 Influence du nombre des éléments pourN3= constante déférentes


44

III.17 Influence du nombre des éléments segma1= constant sur la tension de

contournement

44

III.18 Influence du nombre des éléments pour segma2= constant sur la tension

de contournement

45

III.19 Influence du nombre des éléments pour segma3= constant sur la tension

de contournement

45

Liste des Photos

Photo Page

I. 1 Différents profils d’isolateurs à capot et tige. 10

III.1 Photo du pupitre de commande du laboratoire de haute tension de

l’université de Biskra.

28

Liste des tableaux

Tableau Page

III.1 partition des zones polluées sur les niveaux 29

III.2 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (essai propre). 32

III.3 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (8.02 ms/cm

N1).

33

III.4 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de Tension(8.02 ms/cmN2)

33


N3).

33

III.6 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (50.4mS/cm

N1).

34


N2).

34


N3).

34


N1).

35


N2).

35

III.11 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (93.7 ms/cmN3).

35

III.12 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne De la tension (essaipropre a deux éléments).

36

III.13 Les essais effectués pour obtenir la valeur Moyenne de la tension (8.02ms/cm N1).

36

III.14 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de laTension (8.02 ms/cmN2).

36


N3).

37


N1).

37


N2).

37


N3).

38

III.19 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne De tension (93.7ms/cm

N1).

38

Liste des tableaux

III.20 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (93.7ms/cm

N2).

38

III.21 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (93.7 ms/cmN3).

39

III.22 Tension de contournement en fonction des différentes conductivités et

niveaux de la pollution.

39

Techniques expérimentaleset les résultats obtenus

3

Introduction Générale

La pollution des isolateurs est un phénomène qui agit négativement sur le

comportement des isolateurs de haute tension.

La pollution des isolateurs constitue un problème majeur dans la dégradation de

l’isolement des ouvrages (postes et lignes) de haute tension. Portés par le vent et

déposés sur la surface isolante des chaînes des isolateurs, et en présence d’humidité,

les divers dépôts polluants deviennent plus ou moins conducteurs. Ce qui engendre

une diminution conséquente de la tension de tenue des isolateurs. Des arcs

électriques prennent naissance à la surface isolante et peuvent éventuellement, se

développer en provoquant le contournement total des isolateurs [1].

En général, la distribution de la pollution à la surface des isolateurs n’est pas

répartie de façon uniforme. En effet, les conditions électro-géométriques et

climatiques jouent un rôle important dans l'accumulation et la distribution de la

pollution sur la surface d’un isolateur.

La non-homogénéité est due à la présence de différents agents polluants dans une

même région, et la non-uniformité de la répartition sur les surfaces des isolateurs est

due aux profils des isolateurs, le sens et la direction des vents dans cette région, la

pluie, la position de la chaîne d’isolateurs par rapport au sol (verticale, horizontale,

inclinée), la position de l’isolateur dans la chaîne, le degré de pollution du site où se

trouve les isolateurs ainsi que la surface inférieure ou supérieure de l’isolateur et de

l'effet d'inconnu de l'humidité sur la pollution [2], [3].

Le contournement se produit sur la surface de l’isolateur lorsqu’une décharge

électrique s’établit entre ses extrémités et contourne la surface de l’isolateur.

Le contournement provoque l’ouverture du disjoncteur, car il établit un court-circuit

entre le conducteur et le pylône (défaut monophasé à la terre).

Le contournement cause habituellement l’interruption momentanée de

l'écoulement de l’énergie dans le réseau. De telles interruptions, bien qu'étant

nocives, peuvent être tolérées dans des endroits ruraux. Dans des secteurs urbains

avec les industries de pointe (domaines pharmaceutiques, production de véhicules…)

les interruptions ne sont pas acceptables parce qu’elles mènent à d’énormes pertes

financières de production, de machines bloquées et des pertes de contrôle du cycle du

4

processus. Par exemple, aux USA une interruption de 0,25 s dans une usine à papier

peut provoquer des pertes de 100 000 dollars [4].

Structure du mémoire

L'objectif de ce mémoire est d’étudier l’influence de la pollution artificielle sur

la tension de contournement d'une chaine d’isolatrice moyenne tension (MT) pour

différentes conductivité superficielle et pour différents niveaux. Des résultats

expérimentaux réalisés au laboratoire seront présenté.

Ce travail s’articule autour de trois principaux chapitres :

Le premier chapitre est consacré à la présentation des isolateurs MT ;

Le deuxième chapitre est réservé à la pollution des isolateurs ;

Le troisième chapitre est consacré aux essais expérimentaux sur le

contournement d’une chaine d’isolateurs.

Enfin, on terminera par des conclusions.

.

Chapitre I Les isolateurs de haute tension

6

I.1 Introduction

Le phénomène de pollution des lignes aériennes constitue un sujet d’étude

d’une importance primordiale. Cela provient du fait que la pollution des isolateurs

constitue un sérieux problème pour l’exploitation des réseaux de haute tension. En

effet, et suite à l’interaction entre, l’air transportant des grains de poussières et

l’isolateur, une couche étrangère se dépose sur les surfaces de celui-ci [5]. Une fois

cette couche humidifiée, la tension de tenue peut diminuer considérablement,

provoquant des incidents très graves. Cela est lié à plusieurs facteurs dont les plus

importants sont la nature de l’agent polluant et le profil de l’isolateur.

I. 2 Fonctionnement et constitution d’un isolateur

L’isolateur est un matériau isolant solide qui présente une très grande

résistance au passage du courant et dont la conductibilité est pratiquement nulle. Il

est utilisé pour isoler les conducteurs ou les pièces sous tension afin d’empêcher les

court –circulations, les pertes de courant et les charges d’électrocution [6].

Les isolateurs sont des composants indispensables au transport et à la

distribution de l’énergie électrique. Leur fonction est de réaliser une liaison

mécanique entre des conducteurs portés à des potentiels différents accrochés aux

pylônes des lignes aériennes. Ils maintiennent les conducteurs dans la position

spécifiée (isolateurs d’alignement et d’ancrage), ils assurent la transition entre

l’isolation interne (huile, SF6) et l’isolation externe (air atmosphérique), ils

permettent de raccorder les matériels électriques au réseau (traversées de

transformateur, extrémités de câbles) et ils constituent, également, l’enveloppe de

certains appareils (disjoncteurs, parafoudres, réducteurs de mesure) [7].

Les isolateurs sont conçus et dimensionnés pour résister aux contraintes

prévisibles introduites par l’environnement [8]. Du point de vue électrique,

l’isolateur est considéré comme deux électrodes dont l’intervalle comporte trois

zones constituant trois isolants en parallèle ayant des comportements différents, qui

sont les suivants [8] :

L’intervalle d’air.

Le matériau diélectrique.

L’interface air - matériau diélectrique. (La longueur de l'interface constitue la

ligne de fuite –ligne le long de laquelle circulerait le courant de fuite).


7

I. 3 Principaux types d’isolateurs

On peut distinguer deux principaux types d’isolateurs :

I. 3. 1 Isolateurs de type rigide

Un isolateur rigide (Figure I. 1), est relié au support par une ferrure fixe. Tous

les isolateurs rigides normalisés sont livrés avec une douille scellée de telle façon

qu’ils puissent être vissés directement sur les ferrures correspondantes. La céramique

et le verre sont les deux matériaux utilisés pour les isolateurs rigides [6].

I. 3. 2 Elément de chaîne

C’est un isolateur constitué par un matériau isolant équipé de pièces

métalliques de liaison, nécessaires pour le relier de façon flexible à d’autres éléments

de chaîne (Figure I.2), à la pince de suspension du conducteur ou au support. Ces

éléments sont soumis principalement à des efforts de traction. Ils sont généralement

utilisés en suspension et forment des chaînes d’isolateurs soit verticales (chaînes

d’alignement), soit horizontale (chaînes d’ancrage) [8].

On distingue deux types d’éléments de chaines qui sont :

- Isolateurs à capot et tige.

- Isolateurs à long fut en porcelaine.

C : Cloche T : Logement de tige

Figure I.1 Isolateur rigide en verre.


8

I. 3. 2. 1 Isolateurs à capot et tige

L'isolateur capot et tige est constitué d'un bloc isolant portant à sa partie

supérieure un capot scellé en fonte malléable et à l'intérieur une tige en acier, avec

cannelures et dont la tête conique est également scellée dans le verre (ou la

porcelaine).

L'extrémité inférieure de cette tige est arrondie et a les dimensions voulues

pour pénétrer dans le capot de l'élément suivant, et y être maintenue par une goupille

[5], [9].

L'assemblage consiste à effectuer un scellement du capot et du diélectrique

par du ciment, puis celui de la tige et du diélectrique [9].

La coupe de l'isolateur capot-tige est schématisée à la (Figure I. 3)

Figure I.2 Assemblage à rotule

R : RotuleP : Pas

C : Capot (fonte malléable, galvanisée à chaud)D : Diélectrique (verre trempé ou céramique)M : Mortier de ciment alumineux ou portlandT : Tige (acier, galvanisé à chaud)

L : plus courte distance dans l’air, extérieure à l’isolateur

ε : Longueur du canal de perforation, ε << L /2

Figure I.3 Isolateur à capot et tige


9

La (Photo I. 1) présente les différents profils des isolateurs à capot et tige qui sont :

a) Profil standard

La faible profondeur, l'espacement entre les anneaux (nervures) et la ligne de

fuite moyenne permettent l'utilisation de ce profil dans une zone de pollution

modérée.

b) Profil antibrouillard

Il est plus large que le profil standard. L'écartement entre les anneaux permet

un bon nettoyage par le vent ou la pluie et facilite le lavage manuel si nécessaire.

L'espacement prévient également l'apparition d'arcs entre les anneaux adjacents dans

des conditions sévères de pollution.

c) Profil ouvert

La suppression complète des anneaux permet de réduire l'accumulation des

dépôts polluants. Ce type de profil est particulièrement efficace en régions

désertiques où le lavage par pluie est très rare.

d) Profil sphérique

Ce type de profil donne une ligne de fuite équivalente au profil standard, mais

l'absence d'anneaux facilite le nettoyage manuel.


10

Photo I. 1 Différents profils d’isolateurs àcapot et tige.

Profil standard Profil antibrouillard (A)

Profil antibrouillard (B)Profil ouvert

Profil sphérique


11

I. 3. 2. 2 Isolateur à long fût en porcelaine

Ils sont constitués d’un cylindrique plein en céramique, en porcelaine ou en

matériaux synthétiques, muni d’ailettes (Figure I.4). A chaque extrémité est fixée une

pièce métallique de liaison ; celle-ci peut être enveloppante en forme de capot scellé

autour des extrémités tronconiques prévues sur le cylindre, ou bien en forme de tige

scellée dans une cavité prévue à cet effet.

De tels isolateurs peuvent être utilisés unitairement ou en série de plusieurs

éléments en fonction de leur longueur et du niveau d’isolement requis [8].

1.4 Choix des isolateurs

Les isolateurs entrent pour un pourcentage très modeste de l’ordre de 7%,

dans le prix d’une ligne aérienne moyenne tension. Cependant, ils sont un élément

essentiel dont dépendent la sécurité d’exploitation, la qualité et la continuité de

service [9].

Les isolateurs les mieux adaptés à un environnement donné sont ceux qui

retiennent le taux de dépôts polluant le moins élevé, c’est-à-dire les isolateurs qui

possèdent les meilleures propriétés d’auto –nettoyage.

Figure I.4 Isolateur à long fût en porcelaine.

Scellement externe Scellement interne

L : Plus courte distance dans l'air, extérieure à l'isolateur

: Longueur du canal de perforationp : pas

>> L /2


12

Même bien choisie, une isolation n’est jamais à l’abri d’un incident. La

sévérité de la pollution d’un site peut changer. L’apparition d’une nouvelle usine à

proximité d’un poste, la construction d’un ouvrage routier voisin ou plus simplement,

un événement météorologique exceptionnel peuvent augmenter, durablement ou

temporairement, la pollution d’un site, alors qu’un poste ou une ligne y sont déjà en

exploitation. Le dimensionnement initialement correct des isolateurs peut alors

devenir insuffisant et il faut pouvoir protéger les installations existantes contre les

nouvelles sources de pollution éventuelles [10].

I. 5 Utilisation des isolateurs

Le transport de l’énergie électrique nécessite, pour des raisons techniques et

économiques, l’utilisation de tension élevée (ligne HT et THT)

Le rôle des isolateurs est de relier les conducteurs aux supports en assurant leur

isolation thermiques

Dans la plus part des lignes électriques de haute tension les isolateurs sont

menacés par le phénomène de pollution

En effet, un bon choix de dimensionnement des isolateurs s’avère

indispensable pour assurer la fiabilité et la qualité de l’isolement de haute tension

La pollution ces isolateurs fuguer comme un vrais problème néfaste à leur

bon fonctionnement. La tension de tenue des isolateur peut diminuer

considérablement à cause des dépôts polluants recouvrant leurs surfaces ils peuvent

même conduire au contournement des isolateurs dans certains cas critiques

I.6 les matériaux de fabrication des isolateurs

I.6.1 Céramique

La composition des céramiques et leur fabrication ont été longuement

développées ; certaines céramiques à grains très fins sont recommandées pour des

isolateurs devant supporter des efforts mécaniques élevés [8]. Les céramiques sont

largement utilisées pour l'isolation des matériels de poste : isolateurs supports,

couverture isolante des sectionneurs, des disjoncteurs, des transformateurs de


13

potentiel, des bornes de traversées des transformateurs de puissance… Elles sont

aussi utilisées dans l'isolation des isolateurs à long fût utilisés comme éléments de

chaînes (lignes à extra et ultra haute tension)

I.6.2 Verres

a) Le verre recuit

Le verre recuit a été surtout utilisé pour faire des isolateurs rigides, mais on

s’est aperçu que les isolateurs un peu épais ne résistaient pas aux variations brusques

de températures. De plus, le verre recuit ne supporte que des tensions mécaniques

relativement faibles, ce qui interdit son emploi pour les isolateurs de suspension.

b) Le verre trempé

Le verre trempé présente une contrainte mécanique en traction environ 5 à 6

fois plus grande que celle du verre recuit et peut supporter des variations brusques de

température pouvant atteindre 100 °C [8].

Outre son bas prix, le verre présente l’avantage de permettre de déceler les

défauts par une simple observation [12].

I.6.3 Matériaux synthétiques

Ces isolateurs (Figure I. 5.), dits composites, sont constitués d’un noyau en

fibres de verre imprégnées d’une résine et d’un revêtement à ailettes de type

élastomère. Ces isolateurs présentent l’avantage d’une grande légèreté alliée à une

haute résistance mécanique que leur confère le noyau. Ils ont de bonnes propriétés

hydrophobes et peuvent être utilisés dans des conditions de pollution très sévères.

Cependant, ces isolateurs vieillissent sous l’effet des différentes contraintes

auxquelles ils sont soumis (électriques, mécaniques, atmosphériques…) ce qui

constitue un désavantage dans leu


14

I. 7 Classification des isolateurs en HT

Conformément à la publication CEI 383 (Commission Electrotechnique

Internationale), les isolateurs de lignes aériennes sont divisés en deux classes selon

leur forme.

Classe A

Elle comprend tous les isolateurs ou éléments de chaînes pour lesquels la plus

courte longueur "ε " du canal de perforation à travers la matière isolante solide est au

moins égale à la moitié de la plus courte distance dans l’air "L" extérieure à

l’isolateur. Les isolateurs à long fût font, en général, partie de cette classe.

Classe B

Elle comprend tous les isolateurs ou éléments de chaînes pour lesquels la plus

courte longueur "ε " du canal de perforation à travers la matière isolante est

inférieure à la moitié de la plus courte distance dans l’air "L" extérieure à l’isolateur.

Les isolateurs à capot et tige appartiennent à cette classe [8].

A : Ame en fibre de verre-résine.AM : Pièces d’accrochage métalliqueRe : Revêtement à ailettes en matériauxsynthétique

Figure I.5 Isolateur composite.


15

I .8 Conclusion

Les isolateurs entrent pour un pourcentage très modeste de l’ordre de 7%,

dans le prix d’une ligne aérienne moyenne tension.

Les isolateurs les mieux adaptés à un environnement donné sont ceux qui

retiennent le taux de dépôts polluants le moins élevé, c’est-à-dire les isolateurs qui

possèdent les meilleures propriétés d’auto –nettoyage.

Les isolateurs sous haute tension ne se comportent pas de la même façon qu’à

basse ou moyenne tension, dans ce cas on donne beaucoup d’importance au

phénomène de la pollution des isolateurs qui présente un danger particulier pour les

dispositifs de haute tension qui peuvent engendrer des pertes d’énergie.

Pour mieux dimensionner les chaînes d’isolateurs il est indispensable de connaître la

sévérité de la pollution des sites et les différents paramètres contribuant à la

dégradation de l’état de surface des isolateurs.

Chapitre II Pollution des isolateurs de haute tension

16

II.1 Introduction

La pollution est un phénomène qui constitue un sérieux problème sur

l’isolement des ouvrages de haute tension, dont il faut tenir compte lors du

dimensionnement de l’isolement des lignes de haute tension. Ceci est dû à la

formation de couches plus ou moins conductrices sur la surface de l’isolateur.

Ces couches peuvent engendrer une diminution considérable de la résistivité

superficielle des surfaces isolantes et par suite la diminution de la tension de

tenue des isolateurs.

L’échauffement de la couche polluante conductrice humidifiée,

provoqué par la circulation des courants sur la surface de ces isolateurs,

entraîne des assèchements locaux de la couche de pollution et l’apparition

d'arcs de petite longueur (arcs partiels) [13]. Dans certaines conditions, ces arcs

partiels peuvent se développer jusqu’à provoquer le contournement total des

isolateurs, en connectant l’extrémité sous haute tension à celle mise à la terre,

et conduisant ainsi à la mise hors service de l’ensemble de l’installation [13].

II. 2 Contournement d’isolateur

Le contournement est représenté par une décharge disruptive le long

d’une surface solide [14] dont la trajectoire contourne cette dernière. Aussi, le

terme contournement est employé pour des décharges par amorçage dans l’air.

II. 2. 1 Contrainte de contournement d’isolateur

La contrainte de contournement d’isolateur est le rapport de la tension

de contournement à la longueur totale de l’isolateur [15].

II. 2. 2 Tension de contournement

La tension de contournement est le niveau de tension le plus bas à partir

duquel tous les arcs joignent les deux électrodes [14]. Elle dépend :

• de la résistivité volumique moyenne de la pollution.

• de la répartition de la couche de pollution.

• du profil et des dimensions de l’isolateur.


17

II. 2. 3 Tension de tenue

C’est le niveau de tension le plus important, que peut supporter une

isolation sans provoquer de décharge disruptive (contournement dans le cas des

isolateurs).

II. 2. 4 Conductance superficielle

La conductivité superficielle est due à l’humidité, à une fine couche de

polluants ou Présence d’ions qui se forment à la surface de l’isolant, que ce soit

par réactions chimiques ou par l’effet de rayonnement. De ce fait, la

conductivité superficielle dépend en partie du matériau (de son affinité pour les

molécules d’eau ou de polluants extérieurs) et aussi de l’environnement

(composition chimique et rayonnements). Contrairement à ce qui se passe avec

les conducteurs électriques, la conductivité superficielle des isolants n’est pas

négligeable par rapport à leur conductivité transversale. Elle est même

généralement du même ordre de grandeur.

Comme on peut s’y attendre, par analogie avec la résistance

transversale, la résistance superficielle, Rs = U/Is, pour la surface comprise

entre deux électrodes, est proportionnelle à la distance d qui les sépare et

inversement proportionnelle à la longueur des électrodes. L

La conductivité superficielle se mesure en siemens [S] et vaut l’inverse de la

résistivité.

II. 3 Formation et répartition des couches polluantes

Suite à l’écoulement d’un air transportant des poussières diverses, une

couche de pollution se forme à la surface des isolateurs. La répartition non-

uniforme et non-homogène de cette couche dépend du profil de l’isolateur, de

la position de la chaîne par rapport au sol (verticale, horizontale, inclinée), du

niveau de tension ainsi que du degré de pollution du site où est situé l'isolateur

[16].

Plusieurs travaux d’observation [17, 18, 19] ont montré qu’il existe

toujours une distinction nette entre les couches formées à la surface supérieure

et celles formées à la surface inférieure d’un isolateur soumis à la pollution

naturelle. Cela veut dire que la répartition de la pollution le long de l’isolateur

est très peu uniforme ; le vent, par exemple, impose des orientations

préférentielles pour les dépôts.


18

La pluie qui lave périodiquement les surfaces exposées est un autre

facteur de non uniformité puisque les parties arbitrées de l’isolateur ne sont

jamais lavées. Cette répartition dépend [13] :

• du profil de l’isolateur.

• de la position de l’isolateur.

• du niveau de tension appliquée.

II. 4 Source de pollution

Les divers types de pollution atmosphérique les plus fréquemment

observés peuvent être regroupés selon leurs origines et classés comme suit :

II. 4. 1 Pollution naturelle

La pollution naturelle provient :

• des sels marins dans les régions côtières.

• de poussières du sol (notamment lors de chantiers importants).

• de sables véhiculés par le vent en régions désertiques.

II. 4. 1. 1. Pollution marine

Les installations situées en bord de mer sont exposées aux embruns

portés par le vent et qui se déposent progressivement sur les isolateurs, formant

une couche de pollution de sel qui devient conductrice lorsqu’elle est

humidifiée par le brouillard ou simplement par condensation. Un courant de

fuite s’établit alors à travers la couche superficielle et des arcs électriques

peuvent prendre naissance. Dans certaines conditions, ils se développent

jusqu’à provoquer le contournement total de l’isolateur [16, 18].

II. 4. 1. 2 Pollution désertique

La pollution désertique est caractérisée surtout par les dépôts de sable

se formant à la surface des isolateurs après les vents de sable. Une fois

humidifiés, ces dépôts deviennent plus ou moins conducteurs (en fonction des

concentrations en sels solubles qu'ils contiennent) et engendrent la circulation

d'un courant de fuite qui apparaît brusquement et qui est suivi par l'apparition

d'arcs partiels qui peuvent conduire au contournement total de l’isolateur s’ils

rejoignent les deux électrodes.


19

II. 4. 2 Pollution industrielle

Au voisinage de certaines zones industrielles, la pollution est engendrée

par l’évacuation des fumées des usines (raffinerie, cimenterie, minerais …..

etc.). La présence d'éléments conducteurs dans les couches, et/ou la dissolution

des sels qu'elles contiennent engendrent la circulation d'un courant de fuite plus

ou moins fort selon les concentrations des agents polluants [15].

Les usines ne sont pas les seules responsables de ce genre de pollution ;

les gaz d'échappement des véhicules et les engrais utilisés en agriculture

contribuent aussi aux dépôts observés à la surface des isolateurs.

II. 4. 3 Pollution mixte

Ce type de pollution est en fait le plus fréquent et le plus sévère pour

l’exploitation des ouvrages électriques. La pollution mixte résulte de la

combinaison entre les différents types de pollution, comme par exemple les

pollutions marine et industrielle lorsque des installations industrielles sont

situées en bord de mer.

II. 5 Conséquence de la pollution

Lorsque l’isolateur est propre ou recouvert d’une couche de pollution

sèche, un très faible courant capacitif circule à sa surface. Ceci est dû aux très

faibles valeurs des conductivités volumiques de l’air, de l’isolant solide et de la

couche de pollution. On obtient ainsi une répartition électrostatique du

potentiel électrique. Par contre, lorsque la couche de pollution est humidifiée,

elle devient le siège d’un courant de conduction de valeur relativement

importante et la répartition du potentiel électrique diffère de la répartition

électrostatique.

La rupture diélectrique de l’air peut être atteinte entre deux points de la

surface isolante entraînant l’amorçage d’un arc électrique qui court-circuite une

partie de la ligne de fuite.

Trois cas peuvent se présenter selon les contraintes auxquelles est

soumis l’isolateur [13, 15].

II. 5. 1 Arc non localisé

L’arc électrique s’éteint rapidement, puis se réamorce aléatoirement à

un autre endroit et ainsi de suite. Il y a apparition d'un courant de fuite


20

intermittent entraînant une perte d’énergie relativement faible et généralement

supportable par l’installation [15].

II. 5. 2 Arc permanent

L’arc électrique se fixe à la surface, soit en s’y maintenant (courant

continu), soit en se réamorçant au même endroit (courant alternatif).

Cet arc peut entraîner, par effet thermique, une dégradation du support

isolant nécessitant le remplacement de l’élément défaillant [15].

II. 5. 3 Contournement des isolateurs

Le contournement d’une surface polluée et humidifiée est le résultat

d’une évolution qui comprend quatre phases principales, schématisées à la

(figure II.1). Pour simplifier la présentation, considérons le cas d’une plaque

plane rectangulaire avec deux électrodes : dans une première phase, le courant

de fuite s’écoule à travers l’électrolyte qui recouvre l’isolant. Il provoque un

échauffement de l’électrolyte qui a pour effet d’accroître la conductivité du

milieu et par suite le courant (phase 1).

• L’échauffement croissant par effet joule créé par le courant de fuit,

provoque un assèchement de la couche polluante. La zone sèche formée

a tendance à s’étendre latéralement jusqu’à l’interruption complète du

courant (phase 2).

• La tension appliquée se trouve pratiquement totalement reportée aux «

bornes » de la zone sèche et des arcs locaux sont susceptibles

d’apparaître. Au voisinage de la tête d’un arc local la constriction des

lignes de courant conduit à un élargissement de la zone sèche (phase 3).

• A partir de ce stade, l’évolution de la décharge peut se faire de

différentes façons : l’arc local peut s’éteindre (phase 4), ou bien il peut

se déplacer latéralement pour retrouver une position plus stable

correspondant à une plus faible longueur d’arc (phase 5), ou encore, il

peut s’allonger jusqu’à atteindre l’électrode et provoquer ainsi le

contournement. Dans ce cas, l’allongement de l’arc se fait à la surface

de l’électrolyte sans formation de zone sèche (phase 6).


21

II. 6 Mesure de la sévérité de pollution des sites

Le choix des isolateurs à installer dans le réseau ne peut se faire que si

la sévérité de pollution des différents sites concernés est connue. En effet, la

mesure de cette sévérité est indispensable afin de dimensionner

convenablement les isolateurs susceptibles d’assurer un service sans

défaillance dans un site donné [15].

La mesure de la sévérité est généralement basée sur la détermination

expérimentale de la conductance superficielle de la couche polluante ou la

détermination au laboratoire du courant de fuite d’un isolateur pollué

artificiellement [10].

Pour définir l’isolement des lignes de transport et d’établir la corrélation

entre la salinité et les niveaux de pollution naturelle, quatre classes de sévérité

Figure II.1 Etape du contournement d’une

couche polluée.


22

ont été définies selon le degré de pollution (concentration des agents polluants,

leur conductivité…) [15].

La mesure de la sévérité de pollution peut être effectuée selon plusieurs

méthodes.

Généralement, on se base soit sur la mesure de la conductivité des

agents polluants, soit sur le courant de fuite.

Les essais de laboratoires sont valables dans la mesure où les conditions

d'essais conduisent aux mêmes valeurs de courant de fuite observées sur site.

II.7 Méthodes d’essais sous pollution

Afin de comparer les performances de divers types d’isolateurs et de

sélectionner ceux qui présentent le meilleur comportement sous pollution, il est

nécessaire de les soumettre à des essais.

Pour effectuer ces essais, nous distinguons deux principales méthodes

d’essai à savoir les essais sous pollution naturelle et les essais sous pollution

artificielle. Ces essais peuvent être effectuées dans les conditions naturelles

(sur site) ou au laboratoire.

II. 7. 1 Essai sous pollution naturelle

On installe, dans différents sites pollués, des stations dans lesquelles on

observe et analyse le comportement d’un certain nombre de chaînes

d’isolateurs ou colonnes isolantes de longueurs et de profils différents. Les

qualités respectives de ces isolateurs soumis à une même tension sont

appréciées en se basant sur le courant de fuite ou la conductivité superficielle.

Cependant la durée relativement longue (parfois plusieurs années) que

nécessitent ces essais est le principal inconvénient [20].

Pour cela, plusieurs méthodes de laboratoire ont été proposées en vue

de simuler convenablement les conditions naturelles d’exploitation.

Sachant que les dépôts polluants se trouvent fortement concentrés

autour du capot et de la tige. Pour les isolateurs comportant des jupes,

l'accumulation est d'autant plus importante qu'il y a de jupes et que celles-ci

soient plus longues et plus rapprochées.

Le contournement concerne particulièrement les chaînes d’alignement ;

les ancrages sont en général épargnés en raison d'une ligne de fuite importante


23

et de la position horizontale des chaînes (mieux nettoyées par le vent et la

pluie) [21].

II. 7. 2 Essais sous pollution artificielle

Les essais au laboratoire sont basés sur la simulation de la couche de

pollution par des solutions réparties à la surface de l’isolateur et dont la

conductivité peut être modifiée.

Afin de valider les essais sous pollution artificielle, il a été nécessaire de

comparer les performances des isolateurs mis sous essais au laboratoire à celle

des isolateurs en exploitation dans des conditions naturelles de pollution.

Une première approche consiste à rechercher une méthode qui simule le

mieux possible les conditions naturelles de pollution, en tenant compte de la

répartition non uniforme de la pollution.

Une deuxième approche consiste à rechercher une méthode de

laboratoire susceptible de fournir des résultats reproductibles, afin de faciliter

la comparaison des performances des différents types d’isolateurs [13, 20].

Les méthodes d’essai qui demeurent actuellement normalisé sont : la

méthode du brouillard salin et la méthode de la couche solide [20].

II. 7. 2. 1 Méthode des couches solides

Dans ces méthodes la surface isolante est recouverte par pulvérisation

d’une couche de pollution solide constituée de chlorure de sodium et d’un

agent liant inerte. La conductivité de cette suspension est réglée par addition

d’une certaine quantité de chlorure de sodium.

Si l’humidification s’effectue après application de la tension (méthode

du brouillard à vapeur), le paramètre de sévérité est défini par la densité de

dépôt de sel en mg/cm2. Si l’humidification a lieu avant l’application de la

tension, le paramètre de sévérité est défini par la conductivité de la couche

polluante [20]. Certains chercheurs [15] ont utilisé une peinture semi-

conductrice comme agent polluant [9].

II. 7. 2. 2 Méthode du brouillard salin

La surface isolante est alimentée par une tension de service, maintenue

constante durant tous les essais et soumise à un brouillard salin. La solution

saline, utilisée dans la méthode du brouillard salin, représente assez bien la


24

pollution marine contenant un peu de matière insoluble, ou bien la pollution

industrielle ayant une couche de pollution relativement mince [15].

Le degré de salinité exprimé en kg de sel par m3 de solution, définit le

paramètre de sévérité. Les valeurs de salinité appliquée en référence aux

conditions de pollution sont choisies selon une progression allant de 2,5 à 160

kg/m3 [15].

II. 8 Techniques de lutte contre la pollution

L’augmentation du degré de pollution représente un risque immense

pour les installations électriques [8]. Pour cela plusieurs techniques de lutte

contre la pollution sont utilisées.

II.8.1. Allongement de la ligne de fuite

Cette méthode permet d’adapter le dimensionnement aux nouvelles

conditions de pollution. Deux techniques sont utilisées :

Le changement de type d’isolateur (pour rallonger la ligne de fuite) :

c’est une technique très coûteuse et souvent impossible à réaliser en

poste.

L’utilisation de prolonger de ligne de fuite en matériaux polymères, qui

sont collés sur la surface des isolateurs existants.

II.8.2. Isolateurs plats

Les isolateurs sans nervures ont la propriété d’accumuler moins de

pollution que les isolateurs traditionnels et s’auto nettoient sous l’effet du vent

[12].

II.8.3. Graissage périodique

Par mesure économique, seule les isolateurs de postes sont concernés

[8]. On utilise des graisses silicones. Grâce à ses propriétés hydrophobes, la

graisse protège temporairement les isolateurs.


25

II.8.4. Revêtement silicone

Cette méthode consiste à appliquer, par pulvérisation ou au pinceau, un

caoutchouc silicone qui se vulcanise à température ambiante à la surface des

isolateurs. Ce revêtement protège les isolateurs et améliore leurs tenues sous

pollution.

II.8.5. Les isolateurs composites

Ils ont de bonnes propriétés hydrophobes et peuvent être utilisés dans

des conditions de pollution très sévères [16]. Cependant, ces isolateurs, revêtus

d'un polymère voient leurs caractéristiques changer au cours du temps ; ils

peuvent vieillir sous l’effet des différentes contraintes (électriques et

climatiques) auxquelles ils sont soumis en service.

II.8.6. Nettoyage des isolateurs

Le nettoyage manuel et le lavage périodique hors tension sont

fréquemment utilisés à travers le monde [8]. Néanmoins, l’application de ces

méthodes pose des problèmes majeurs à cause des interruptions de service,

parfois assez longues. Pour éviter ces coupures, un lavage sous tension des

isolateurs est réalisé à l’aide d’installations fixes ou mobiles. Dans les deux

cas, il est effectué cône

Selon des règles strictes concernant la qualité de l’eau du lavage, le

processus du lavage et les distances de sécurité, et ce afin d’éliminer tout risque

de contournement pendant le lavage [12].

II.9 Conclusion

La pollution des isolateurs est un facteur essentiel dont il faut tenir

compte dans la conception des lignes électriques de haute tension de transport

d’énergie électrique.

Pour mieux dimensionner les chaînes d’isolateurs, il est indispensable

de connaître la sévérité de la pollution des sites concernés. La connaissance de

cette sévérité consiste à étudier les différents paramètres qui définissent l’état

de dégradation de l’isolation. Pour cela, plusieurs modèles théoriques et


26

expérimentaux sont présentés afin de se rapprocher de la réalité, tout en

aboutissant à des résultats rapides et technico-économique ment valables.

Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats

27

III.1 Introduction

Dans notre travail, nous allons étudier le comportement del’isolateur de

moyenne tension 175 CTV. Dans le cas de la pollution uniforme avec différentes

conductivités et plusieurs niveaux de pollution.

Les essais expérimentaux sont effectués au sein du laboratoire de haute

tension de l’université de Biskra.

III.2 Dispositif expérimental

III.2.1 Circuit d’essai du laboratoire de Haute tension (Université de Biskra)

Les essais sont effectués dans le laboratoire de haute tension de l’université de

Biskra.

Notre laboratoire est constitué de deux sources de tensions :

Une source de tension à fréquence industrielle 50Hz.

un générateur de tension continue.

un générateur de tension impulsionnelle.

III .2.1.1 Équipement de la station d'essai

La station d’essai de notre laboratoire comprend les organes suivants :

Un transformateur d'essai.

un transformateur de réglage.

des diviseurs de tension.

un pupitre de commande et des appareils de mesure et de protection.

III.2.1.2 Transformateur d'essai

Nous avons utilisé un transformateur d'essai conçu et isolé pour la génération

de haute tension. Il a un rapport de transformation de 250V / 100kV, avec une

puissance de 5 kVA.

Ce transformateur permet la variation de la haute tension au secondaire de 0 à pleine

tension.

III.2.1.3 Transformateur de réglage

Nous permettons la variation de la tension aux bornes du transformateur

d'essai.Son rapport de transformation est de 220V/250V.

III.2.1.4 Pupitre de commande

Ce pupitre est alimenté sous une tension de 220V. Ce pupitre nous permet la

variation automatique de la tension d'essai. (Photo III.1).


28

III.2.1.5 Appareils de mesure et de protection

L’alimentation du laboratoire se fait à partir d’un pupitre de

commande situé dans le laboratoire, mais à l’extérieur de la plate-forme d’essai (la

cage de faraday). Le transformateur de haute tension et son régulateur sont protégés

indépendamment par un fusible et un relais thermique de 250A. Ces protections sont

liées avec le circuit de la bobine du contacteur principal, ce qui donne une protection

suffisante contre les surcharges du transformateur et les courants de court-circuit.

Pour les mesures de tension on a :

DSM : un voltmètre numérique pour mesurer la tension alternatif.

DGM : un voltmètre numérique pour mesurer la tension continue.

Un voltmètre et ampèremètre pour mesurer la tension et le courant respectivement

primaire au niveau du transformateur d’essai.

III.2.1.6 Diviseur de tension

Il existe deux diviseurs de tension :

Un diviseur de tension capacitif pour la mesure de la tension à fréquence

industrielle.

Un diviseur de tension résistif pour la mesure de la tension continue.

Photo III.1 Photo du pupitre de commande numérique du laboratoire de

haute tension de l’université de Biskra.


29

III.3. Application de la couche de pollution

La pollution artificielle est préparée selon la norme CEI 507. Les solutions salines

sont à base de chlorure de sodium (NaCl) et de l'eau distillée.

La pollution (eau distillé + NaCl) est préparée au sein du laboratoire de

chimie de l’université de Biskra :

La pollution est introduite comme suit tableau III.1

Zone 1 Zone 2 Zone 3

Tension de

contournement

N1 11.66 13.33 23.33

N2 23.33 26.66 46.66

N3 34.98 39.99 69.99

III.4 Essais sous pollution artificielle

La(Photo III.2)représente un isolateur neuf (bien nettoyé).Pour les essais de

cas propre.

FigureIII.2 : un isolateur 175 CTV neuf

III.4.2 Essai Expérimental

III.4.3 Evolution de tension de contournement

Le but de cet essai est de déterminer la tension de contournement de

l’isolateur 175 CTV en fonction du niveau et de sévérité de la pollution.

TableauIII.1 : partition des zones polluées sur les niveaux.

Les zones

Les niveaux(g/l)


30

Pour réaliser cet objectif nous devons appliquée une tension et faire

l’augmenter jusqu’à l’obtenir d’un contournement de l’isolateur.

Nous devons déterminer la tension de contournement à l’état propre et pour la

suite introduire la pollution par sévérité et par niveau.

Au cours de l’expérience nous avons mentionnés l’évolution de la tension de

contournement comme suit.

1- Apparition de l’effet couronne dans les environs de 16.8÷21.48 kV, quel

que soit la conductivité.

2- Contournement de l’isolateur (Figure III.3).

Figure III.3 Evolution du contournement

III.4.4 Tension de contournement

Dans cette étude nous analysons l’influence de la conductivité et les niveaux sur

la tension de contournement.

III.4.5 Mesure de la tension de contournement pour différentes conductivités

L'essai de contournement est effectué juste après avoir humidifié l'isolateur

par la solution saline. L'isolateur est rendu propre et sec comme déjà mentionné,

nous répétons l'essai de contournement cinq fois pour chaque solution saline. La

valeur de la tension de contournement sera la valeur moyenne des cinq valeurs

obtenues. Les essais sont sous tension


31

Les résultats des essais pour les différentes conductivités et différents niveaux de

pollution sont montrés au les tableaux suivants :

III.5.1Essai propre (pour un élément)

T = 27 °c ; h =28 % / T : température, h : humidité ,ܷ :tension de contournement

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 66.64 66.64 65.52 66.08 67.2 66.41

III.5.2. Conductivité N° 1 (niveau ୀۼ° 1)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 47.04 47.04 47.6 49.22 45.92 47.36

III.5.3. Conductivité N° 1 (niveau N° 2)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 42.56 44.24 44.24 41.32 44.24 43.32

Tableau III.4 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de

Tension(8.02=ߜmS/cm Nୀ° 2)

III.5.3.Conductivité ୀۼ° 1 (niveau ୀۼ

° 3)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 39.76 39.20 39.76 39.76 39.76 39.64Tableau III.5 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne

de tension =ߜ) 8.02mS/cm Nୀ° 3).

TensionAppliquée

(KV)

N° desessais surl'isolateur

TensionAppliquée

(KV)


Tableau III.2 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (essaipropre)

Tableau III.3Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension

=ߜ) 8.02mS/cm Nୀ° 1)

TensionAppliquée

(KV)

TensionAppliquée

(KV)




32

III.5.5 Conductivité ୀۼ° 2 (niveau ୀۼ

° 1)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 44.24 41.44 41.44 39.76 41.44 41.66

Tableau III.6 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension =ߜ)

50.4mS/cm Nୀ° 1)


° 2)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 39.02 40.32 39.02 39.76 39.2 39.46

Tableau III.7 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension =ߜ)

50.4mS/cm Nୀ° 2)


° 3)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 38.64 36.04 36.4 35.84 36.96 36.77Tableau III.8 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension

=ߜ) 50.4mS/Nୀ° 3)


° 1)T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 34.72 35.84 40.32 40.32 39.76 38.19Tableau III.9 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension =ߜ)

93.7mS/cm Nୀ° 1).

TensionAppliquée

(KV)

TensionAppliquée

(KV)

TensionAppliquée

(KV)

TensionAppliquée

(KV)






33


° 2)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne


93.7mS/cm Nୀ° 2).


° 3)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne


93.7mS/cm Nୀ° 3)

III.5.11 Essai propre (pour 2 éléments)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 105.84 107.52 105 106 107.52 106.37Tableau III.12 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne

de la tension.


° 1)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 84 87.36 89.04 88 84 86.48Tableau III.13 Les essais effectués pour obtenir la valeur

Moyenne de la tension =ߜ) 8.02 ms/cm Nୀ° 1).

TensionAppliquée

(KV)

TensionAppliquée

(KV)

TensionAppliquée

(KV)

TensionAppliquée

(KV)






34


° 2)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 80.64 82.32 78.96 80.64 80 80.51Tableau III.14 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de la

Tension =ߜ) 8.02mS/cm Nୀ° 2).


° 3)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne


8.02mS/cm Nୀ° 3)


° 1)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 84 78.96 80.64 80.64 80.64 80.97Tableau III.16 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de

tension =ߜ) 50.4mS/cm Nୀ° 1).


° 2)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 68.88 67.2 67 67 67.2 67.45Tableau III.17 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne


TensionAppliquée

(KV)

TensionAppliquée

(KV)

TensionAppliquée

(KV)

TensionAppliquée

(KV)






35


° 3)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 36.96 38.08 38.08 38.9 38.08 38.02Tableau III.18 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne



° 1)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 71.68 80.08 77.28 80.08 77 77.22Tableau III.19 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne De tension =ߜ)

93.7mS/cm Nୀ° 1).


° 2)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 73.92 66.08 61.6 66 60 65.52Tableau III.20 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension =ߜ)

93.7mS/cm Nୀ° 2).

III.5.20Conductivité ୀۼ° 3 (niveau ୀۼ

° 3)

T =26 °c ; h = 28 %

1 2 3 4 5 Moyenne

U c 34.72 33.6 34.16 33 33 33.69Tableau III.21 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne


TensionAppliquée

(kV)

TensionAppliquée

(KV)

TensionAppliquée

(KV)

TensionAppliquée

(KV)






36

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10025

30

35

40

45

50

55

60

65

70

conductivitésup e rficie lle (m s/cm )

ten

sio

nd

ec

on

tou

rne

me

nt

(kV

)

N1

N2

N3

III.5.21 Tension de contournement en fonction des différentes conductivités etniveaux de la pollution.

8.02 50.4 93.7

propre 66.41 66.41 /N1 47.36 41.66 38.19N2 43.32 39.46 37.29N3 39.64 36.77 29.12

TableauIII.22 Tension de contournement en fonctiondes

Différentes conductivités et niveaux de la pollution

III .6 .Influence de la conductivité sur la tension de contournement

La (Figure III.4) présente la variation de la valeur efficace de la tension de

contournement, en fonction de la conductivité. Les valeurs de la tension de

contournement sont obtenues pour trois conductivités.

1) Pour un élément

Figure. III.4Influence de conductivité sur la tension de contournement (pour un élément)

Conductivitéms/cmLes niveaux


37

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10020

40

60

80

100

120


ten

sio

nd

ec

on

tou

rne

me

nt

(kV

)

N1

N2

N3

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10030

40

50

60

70

80

90

100

110


ten

sio

nd

ec

on

tou

rne

me

nt

(kV

)

1 e le m e nt

2 e le m e nts

2) Pour deux éléments

Figure. III.5Influence de conductivité sur la tension de contournement(pour deuxéléments)

3) pour niveau de pollution N1

Figure III.6 Influence de conductivité sur la tension decontournement pourNୀ

° 1


38

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10030

40

50

60

70

80

90

100

110


ten

sio

nd

ec

on

tou

rne

me

nt

(kV

)

1 e le m e nt

2e le m e nts

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10020

30

40

50

60

70

80

90

100

110


ten

sio

nd

ec

on

tou

rne

me

nt

(kV

)

1e le m e nt

2e le m e nts

4) Pour niveau de pollution Nୀ° 2

Figure III.7 Influence de conductivité sur la tension decontournement pourNୀ

° 2

5) pour niveau de pollutionNୀ° 3

Figure III.8Influence de conductivité sur la tension de contournement pourNୀ° 3


39

0 0.5 1 1.5 2 2.5 325

30

35

40

45

50

55

60

65

70

nive aude p ollution

ten

sio

nd

ec

on

tou

rne

me

nt

(kV

)

se gm a1

se gm a2

se gm a3

0 0.5 1 1.5 2 2.5 330

40

50

60

70

80

90

100

110

nive aux de p ollution

ten

sio

nd

ec

on

tou

rne

me

nt

(kV

)

se gm a1

se gm a2

se gm a3

III.7Influence du niveau de pollution sur la tension de contournement


contournement, en fonction de niveau de pollution. Les valeurs de la tension de

contournement sont obtenues pour troisniveaux

1) pour un élément

Figure III.9 Influence du niveau de pollution sur la tension decontournement (pour un élément)

2) Pour deux éléments

Figure III.10 Influence du niveau de pollution sur la tension de contournement

(pour deux éléments)


40

0 0.5 1 1.5 2 2.5 330

40

50

60

70

80

90

100

110


ten

sio

nd

ec

on

tou

rne

me

nt

(kV

)

1e le m e nt

2e le m e nts

0 0.5 1 1.5 2 2.5 330

40

50

60

70

80

90

100

110


ten

sio

nd

ec

on

tou

rne

me

nt

(kV

)

1e le m e nt

2e le m nts

3) Pour Conductivité σ1=8.02mS/cm

Figure III.11 Influence de niveau de pollution segma1=δ1=8.02mS/cm sur la tension decontournement.

4) Pour Conductivité σ2 =50.4mS/cm

Figure III.12Influence de niveau de pollution segma2=δ2=50.4/cm sur la tension decontournement.


41

0 0.5 1 1.5 2 2.5 320

40

60

80

100

120


ten

sio

nd

ec

on

tou

rne

me

nt

(kV

) 1e le m e nt

2e le m e nts

5) Pour Conductivité σ3=93.7mS/cm

Figure III.13 Influence de niveau de pollution segma1=δ3=93.7mS/cm sur la tension decontournement

III.8Influence du nombre des éléments sur la tension de contournement


contournement, en fonction du nombre des éléments. Les valeurs de la tension de

contournement sont obtenues pour troisniveaux

. D’après les figures (Figure III.4, … 19), on constate que :

L’augmentation de la conductivité superficielle entraîne une diminution de la

tension de contournement, c-à-d. pour une conductivité donnée, la surface de

l’isolateur devient plus conductrice, ce qui provoque le contournement de l'isolateur

pour des faibles niveaux de tension.

Le niveau de pollution agit fortement sur la surface de l’isolateur qui conduit

finalement le contournement de l’isolateur, ce qui conduit à la détérioration de

l’isolateur.


42

III.5 Conclusion

Dans ce chapitre nous avons présenté les résultats des différents essais

effectuésau laboratoire de haute tension à l’université de Biskra.

Pour l’obtention desrésultats performants desessais de haute tension sur les

isolateurs, il faut tenir compte de plusieurs précautions :

Il faut bien nettoyer l’isolateur avant chaque essai pour ne pas modifier la

conductivité de la solution saline.

Il faut utiliser bien la seringue pour remplir l’espacement entre les anneaux.

D’après les essais effectués, on a abouti aux résultats suivant :

-Le niveau de pollution influe directement sur la tension de contournement des

isolateurs. En effet, l’augmentation du niveau de pollution des isolateurs diminue

énormément la tension de contournement, donc la tension de tenue.

- L'augmentation de la conductivité superficielle de l'isolateur entraîne une

augmentation du courant de contournement.

Conclusion Générale

Ce travail est consacré à l’étude expérimentale du comportement d’un

isolateur 175 CTV exposé aux différentes conditions de pollution réalisée au

laboratoire de la haute tension de l’université de Biskra.

La pollution des isolateurs est un facteur essentiel dont il faut tenir compte

dans la conception des lignes électriques de haute tension de transport d’énergie

électrique.

Pour mieux dimensionner les chaînes d’isolateurs, il est indispensable de connaître la

sévérité de la pollution des sites concernés. La connaissance de cette sévérité consiste

à étudier les différents paramètres qui définissent l’état de dégradation de l’isolation.

Les principaux résultats que nous pouvons conclure sur la base des essais

effectués sur l’isolateur avec un seuil élément et deux éléments sont les suivants :

Le niveau de pollution influe directement sur la tension de contournement des

isolateurs. En effet, l’augmentation du niveau de pollution des isolateurs

diminue énormément la tension de contournement, donc la tension de tenue.

L'augmentation de la conductivité superficielle de l'isolateur entraîne une

augmentation du courant de contournement.

En perspectives de nos travaux, nous suggérons :

Tester la variation de la tension d’arc en fonction de la conductivité

Voir la variation du courant d’arc en fonction de la conductivité et des

niveaux.

. Augmenter le nombre de niveaux de pollution

Utiliser les méthodes d’intelligences artificielles pour prévoir la

tension de contournement

Résumé

Le travail effectué étudie l’influence de la pollution sur la tension de contournement

d’un modèle réel d’une chaine d’isolateur moyenne tension 175 CTV. Cette étude est réalisée

à travers des essais expérimentaux faite au laboratoire de la haute tension à l’université

Mohamed Kheidhar, Biskra.

Les essais du contournement sont réalisés pour différents niveaux de pollution et

conductivités et différents d’éléments.

Mots clés : Isolateur MT, Contournement, pollution artificielle, niveau de pollution,

conductivité, élément.

Summary

The work studies the influence of pollution on the flashover voltage of a real model of

a string insulator average tension175 CTV. This study was conducted through experimental

tests made in the laboratory of the high voltage of Mohamed Kheidhar University, Biskra.

The tests are executed with various levels of pollution and conductivity and different

elements.

Keywords: MT Insulator, artificial pollution, pollution levels, conductivity.

ملخص

الصناعي علي توتر الالحاطة لعازل نموذج حقیقي تأثیر التلوثیدرس العمل المنجز

175CTVذو التوتر المتوسط.

وعدد ةوالنا قلیمستوي التلوثبسكرة بتغیر العالي بجامعة مخبر التوترتمت في التجارب

.المكونة للعازلالعناصر

.ناقلیھ,تلوثمستوي ال,تلوث اصطناعي,عازل التوتر المتوسط:الكلمات المفتاحیة

Documents

UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA Faculté des · PDF fileDépartement d’Electrotechnique Mémoire MASTER ACADEMIQUE Domaine : ... profiter de sa connaissance et pour son aide et ces