Techniques ultrasoniques pour l’évaluation des décharges partielles dans les équipements électriques.
Les décharges partielles sont de petites étincelles électriques qui se produisent dans l’isolation électrique de la connexion, des fils, des transformateurs et des bobines dans les grands moteurs et générateurs électriques. L’analyse des décharges partielles est une approche de diagnostic proactive qui utilise des mesures de décharges partielles (DP) pour évaluer l’intégrité de cet équipement. Cet article décrit comment les instruments ultrasoniques aéroportés peuvent être utilisés pour détecter et évaluer les décharges partielles dans les équipements électriques.
Décharges partielles
Les décharges partielles sont de petites étincelles électriques qui se produisent dans l’isolation électrique de la connexion, des câbles, des transformateurs et des bobines des grands moteurs et générateurs électriques. L’analyse des décharges partielles est une approche de diagnostic proactive qui utilise des mesures de décharges partielles (DP) pour évaluer l’intégrité de cet équipement. Chaque DP est le résultat d’une distribution électrique à partir d’une poche d’air dans l’isolation. Les mesures de DP peuvent être effectuées en continu ou par intermittence et sont détectées en ligne ou hors ligne. Les résultats des décharges électriques sont utilisés pour prédire de manière fiable que les équipements électriques ont besoin d’être entretenus.
Tout comme chaque matériau a une limite de résistance à la traction caractéristique, chaque matériau a également une rupture électrique (diélectrique) qui représente l’intensité électrique nécessaire pour que le courant circule et qu’une décharge électrique se produise. Les matériaux isolants courants tels que l’époxy, le polyester et le polyéthylène ont une rigidité diélectrique très élevée. En revanche, l’air a une rigidité diélectrique relativement faible. L’interruption électrique de l’air provoque un flux très bref (ne durant que quelques fractions de nanosecondes) de courant électrique à travers la poche d’air. La mesure des décharges partielles est, en fait, la mesure de ces courants de rupture.
Les équipements électriques peuvent souffrir d’une variété de défauts de fabrication ou de problèmes opérationnels qui nuisent à leur fiabilité. L’isolation électrique des moteurs et des générateurs est sensible :
Variations thermiques Attaque chimique Abrasion due à un mouvement excessif de la bobine. Dans tous les cas, ces contraintes affaiblissent les propriétés de liaison des résines polyester ou époxy qui protègent et isolent les enroulements. En conséquence, une poche d’air se développe dans les enroulements.
Les niveaux de décharge partielle ne constituent pas seulement un avertissement précoce d’une défaillance imminente de l’équipement, mais accélèrent également le processus d’usure.
Émission ultrasonique/acoustique
Tout équipement électrique en fonctionnement produit un large éventail de sons. Les composantes ultrasonores à haute fréquence de ces sons sont des ondes très courtes, et les signaux à ondes courtes ont tendance à être assez directionnels. Il est donc relativement facile d’isoler ces signaux du bruit de fond et de détecter leur emplacement exact. En outre, lorsque des changements subtils commencent à se produire dans les équipements électriques et mécaniques, les ultrasons permettent de découvrir ces signaux de danger potentiels très tôt, avant que le dysfonctionnement très probable ne se produise.
Les instruments ultrasoniques aéroportés, souvent appelés “traducteurs d’ultrasons”, fournissent des informations de deux manières : qualitativement, grâce à la capacité d’“entendre” les ultrasons par l’isolation du bruit, et quantitativement, par des lectures incrémentielles de la mesure. La plupart des traducteurs d’ultrasons y parviennent grâce à un processus électronique appelé “hétérodynage”, qui convertit avec précision les ultrasons captés par l’instrument en sons de portée audible que les utilisateurs peuvent connaître et reconnaître grâce à un casque.
S’il est important de pouvoir mesurer l’intensité du son et de voir des modèles, il est tout aussi important de pouvoir “entendre” les ultrasons produits par les différents équipements. C’est précisément ce qui rend ces instruments utiles, qui permettent aux analystes de confirmer un diagnostic sur le terrain, capables de discriminer les divers sons provenant de différents équipements.
La raison pour laquelle les utilisateurs peuvent déterminer avec précision l’emplacement d’un signal ultrasonique sur une machine est due à sa haute fréquence/courte longueur d’onde. La plupart des sons perçus par l’homme sont compris entre 20 Hz et 20 kHz (20 cycles par seconde à 20 000 cycles par seconde). Les sons de basse fréquence dans la gamme audible mesurent environ 1,9 cm à 17 mètres de long, tandis que les ultrasons perçus par les traducteurs ne mesurent qu’entre 0,3 et 1,6 cm de long. Les longueurs d’onde des ultrasons étant de plus faible amplitude, la gamme des ultrasons est la plus adaptée pour localiser et isoler les sources de problèmes dans les environnements à plancher haut.
L’utilisation des ultrasons / l’émission d’ultrasons dans les décharges partielles
Le contrôle par ultrasons est souvent utilisé pour évaluer des tensions supérieures à 1000 V, notamment dans des endroits fermés. Ceci est particulièrement utile pour identifier les problèmes de suivi. Dans les lieux fermés, la fréquence du repérage est beaucoup plus élevée que la fréquence des défauts graves, qui peuvent être identifiés à l’aide de techniques telles que la thermographie.
Lorsque l’électricité s’infiltre dans les lignes électriques ou saute par une brèche dans une connexion électrique, elle perturbe les molécules d’air qui l’entourent et génère des ultrasons. Ces sons sont souvent perçus comme un bruit de friture ou de crépitement, et dans d’autres situations, ils sont entendus comme un bourdonnement.
L’échographie permet de détecter certains problèmes de base :
Corona : Lorsque la tension d’un conducteur électrique, tel qu’une antenne haute tension ou une ligne de transmission, dépasse une valeur seuil, l’air environnant commence à s’ioniser pour former une lueur bleue ou violette. En savoir plus sur l’effet corona et les caméras à effet corona Traçage : souvent appelé “baby arcing”, suit le chemin de l’isolation endommagée. Arcs : un arc se produit lorsque l’électricité circule dans l’espace. La foudre en est un bon exemple. Les applications haute tension comprennent : les isolateurs, les câbles, les interrupteurs, les barres omnibus, les relais, les contacteurs et les boîtes de jonction. Dans les sous-stations et les composants tels que les isolateurs, les transformateurs et les bagues peuvent être détectés.
La méthode de détection des arcs et des coronas est similaire à la procédure utilisée pour détecter les émissions acoustiques provenant de sources mécaniques. Au lieu d’entendre un gazouillis, l’utilisateur entend un grésillement ou un bourdonnement. Dans certains cas, par exemple lorsqu’on essaie de localiser des interférences provenant de sources ou de sous-stations de radio et de télévision, la zone de perturbation peut être localisée à l’aide d’un transistor radio ou d’un localisateur d’interférences à large bande.
Déterminer si un problème existe ou non est relativement simple. Lorsque l’on compare la qualité du son et les niveaux sonores entre des équipements similaires, la différence de son tend à être très différente. Par ailleurs, les tendances des amplitudes des signaux sur une période prolongée peuvent indiquer des défauts.