HAUTE TENSION : Isolation Externe + pollution

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HAUTE TENSIONIsolation Externe

Dr Mohammed El Amine SLAMA

Université des Sciences et de la Technologie d’OranMohamed Boudiaf

Faculté de Génie ElectriqueDépartement d’électrotechnique

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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


Support mécanique devant assuré :

• Isolation entre des pièces conductrices (phase-phase).

• Isolation entre une pièce conductrice et la masse (terre).

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Par interface, nous désignerons la réunion d’au moins deux diélectriques depermittivité et de conductivité différente. On parle dans ce cas d’isolation composite oumixte (gaz/solide – vide/solide – liquide/solide).

Du point de vue rigidité diélectrique, l’interface est un point faible qui voit l’apparitionde décharges qui vont s’allonger jusqu’à provoquer le contournement (claquage).

Lf

Lc

La ligne de fuite (Lf) est la distance laplus courte le long de la surface d'unisolant entre deux parties conductrices.

La ligne de contournement (Lc) est ladistance la plus courte dans un gazentre deux parties conductrices.

Le facteur de forme FF est unparamètre qui rends compte de lavariation du rapport de la ligne de fuitegéométrique et du diamètregéométrique.


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Paroi (mur, carcasse métallique)

Conducteur (HT)

Isolateur

Masse (blindage)

Extrémité de jonction

Conducteur (HT)


Cs

Cv

Au début, des décharges couronnes apparaissent et dépendent de la capacité équivalente dusystème :

inception a

AU

C

La seconde étape voit l’apparition de streamers : streamer b

BU

C

Les streamers peuvent se propager puis reculer (réversibilité du phénomène) ou court-circuitertout l’isolant lorsqu’ils atteignent une longueur critique; c’est le contournement.

fov d

DU

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 desélectrodes, tension, etc.)

2 5 4max

dul k C U

dt D’après Toepler


210inceptionU

C

4

0,44

1,36.10streamerU

C

2 5 4max

dul k C U

dt

En présence des streamers, il suffit dequelque centaines de volts pour faire unetransition vers le contournement.

Corona Streamers

Streamers

Leader


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.


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Dans le cas de surface isolantes polluées, la tension de contournement estinversement proportionnelle au degré de pollution.


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Centrale de production

Poste élévateur

Lignes de transportPoste d’interconnexion et de répartition

Réseaux de répartition HTA

Réseaux de distribution HTB


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La chronologie du processus qui mène au contournement est constituéeessentiellement 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 formed’embruns marins,

2. humidification de la couche de pollution et circulation d'un courant dû à ladissolution des sels contenus dans le dépôt,

3. apparition de bandes sèches dues à l'échauffement par effet Joulesprovoqué par la circulation du courant ce qui aura pour conséquencel'amorçage de décharges locales,

4. élongation des décharges jusqu'à court-circuiter l'isolateur.



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-Quantité de la pollution

-Constitution de la pollution

-Composition de la pollution

-Humidification de la couche

•Site

•Isolateur

•Facteurs climatiques

NOCIVITE DE LA POLLUTIONTENSION FOV


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Niveau et taux de pollution

Description de l’environnement

faible0.06 mg/cm²

zones sans industries et avec faible densité d’habitations équipéesd’installations de chauffage.zones avec faible densité d’industries ou d’habitations mais soumisesfréquemment aux vents et/ou pluies.régions agricoles, régions montagneuses.

moyen0.20 mg/cm²

zones avec industries ne produisant pas de fumées particulièrementpolluantes et/ou avec une densité moyenne d’habitations équipéesd’installation de chauffage. zones à forte densité d’habitations et/ou d’industries mais soumisesfréquemment aux vents et/ou à des chutes de pluies.zones exposées au vent de mer, mais pas trop proches de la côte.

fort0.60 mg/cm²

zones avec forte densité d’industries et banlieues de grandes villes avecforte densité d’installation de chauffage polluanteszones situées près de la mer, ou exposées à des vents relativement fortsvenant de la mer.

très fort> 0.60 mg/cm²

zones généralement peu étendues, soumises à des poussières conductriceset à des fumées industrielles produisant des dépôts conducteursparticulièrement épais.zones généralement peu étendues, très proches de la côte et exposées auxembruns, 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 unecondensation régulière.


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Modèle électrique

. . ( ).napp 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 etles conditions expérimentales.

Vapp=VA-VB

A

B

Vd (x)

Canal de décharge Pollution

Vp(x)

X L-X

I


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. . ( ).npV X N I r L X I


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...)


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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

Co

ura

nt [ A

]

Te

nsio

n

[ k

V ]

Temps t [ s ]

-2

-1

0

1

2___ Tension

___ Courant


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Méthode de la densité du dépôt de sel équivalent ESDD

Equivalent Salt Deposit Density (ESDD) [mg/cm²] est la densité de dépôt de seléquivalent DDSE est le dépôt équivalent exprimé en mg de NaCl par cm² de la surfacede l’isolateur, et qui a une conductivité électrique égale à celle du dépôt réel lorsqu’ilest dissout dans la même quantité d’eau déminéralisée ou distillée.

Non Soluble Deposit Density (NSDD) [mg/cm²] est la densité de matière insolubleexprimé en mg par cm² de la surface de l’isolateur après filtrage, séchage et pesage dudépôt de pollution.

iso

sol

S

VESDD 03,1

20 )7,5(

Méthodes de mesure


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Méthodes de mesure


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Méthodes de mesure


2826/08/2016TITRE DE LA PRÉSENTATION - INTERVENANT - 28

Méthode de la conductance superficielle

La conductance superficielle est le rapport ducourant de fuite qui traverse l'isolateur à latension appliquée qui est inférieure à la tensionde service.Cette méthode permet une évaluation de l'étatsuperficiel humidifié de l'isolateur.

Méthodes de mesure3. Pollution et isolation externe

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Méthode du courant de fuite

La surface de l'isolateur est recouverte d'une couche de pollution séparée par desbandes sèches. Les arcs partiels s'allument et s'éteignent à chaque passage par zérode la tension ce qui se traduit par l'apparition d'impulsions d'amplitudes variables ducourant de fuite.

La crête maximale du courant de fuite s'approche du courant critique et renseigne surl'éminence du contournement. Cette méthode repose sur la mesure de la plus fortecrête du courant de fuite enregistrée pendant une période donnée sur un échantillonou un isolateur réel constamment soumis à sa tension de service.

L'existence des impulsions du courant de fuite dus à l'établissement de ces arcscorrespond à la phase qui précède le contournement. La fréquence et l'amplitude deces 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 lenombre d'impulsions du courant de fuite qui dépassent une certaine amplitude, pourun isolateur soumis à sa tension de service.

Méthodes de mesure3. Pollution et isolation externe

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Uapp = 30 kV

-3

-2

-1

0

1

2

3

-27 -17 -7 3 13

Temps (ms)

Co

ura

nt

de

fu

ite

(m

A)

Méthodes de mesure


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Méthodes de mesure


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Méthodes indirectes et/ou complémentaires

Mesures météorologiques• Température• Humidité• Vitesse et direction du vent• Pluviométrie• Etc.

Analyses physico-chimiques

• Analyse quantitative et qualitative dela constitution chimique de lapollution.

• Analyse de l’état de surface del’isolateur.

• Analyse des dépôts secondaires(organiques, solides, etc.).

Méthodes de mesure


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Des méthodes d’essais sous pollution artificielles ont été proposées en vue dereproduire les conditions environnementales auxquelles sont soumis les isolateurs.Deux méthodes sont proposées suivant les normes CEI et ANSI/IEEE : la méthodedu brouillard salin où une solution saline pure (NaCl + H2O) est pulvérisée surl’isolateur et la méthode de la couche solide où la pollution est constituée d’unecouche solide préparée à base de sel (NaCl) et des matières insolubles inerte quel’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 unetension donnée,• la tension maximale qu'un isolateur peut tenir sans contourner pour une sévéritédonnée,• la tension (ou la sévérité) correspondant à une probabilité de 50% d'amorçagepour un niveau de sévérité donné (ou de tension donnée).

La procédure d'essai permet de dresser un catalogue complet des caractéristiquestension/sévérité des isolateurs.

Essais sous pollution artificielle en laboratoire


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Les isolateurs en silicone


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Dimensionnement


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Dimensionnement


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Dimensionnement


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Dimensionnement


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Dimensionnement


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Dimensionnement


Education

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