Une décharge partielle (DP) est un phénomène de rupture électrique qui se situe dans un milieu isolant, entre deux conducteurs ayant un potentiel différent. Les décharges partielles se produisent en raison de l’existence d’un champ électrique élevé non uniforme et ont pour effet de détériorer le système d’isolation dans le temps, c’est-à-dire de réduire sa durée de vie utile (rupture de la rigidité diélectrique).
Les décharges partielles se produisent en raison de contraintes diélectriques dans le milieu isolant. La décharge partielle est causée par une contrainte diélectrique due à la présence d’une contrainte élevée et inhomogène dans les matériaux d’isolation. Les principales causes de l’apparition de la MP sont les suivantes :
- Distribution du champ électrique inhomogène.
- Présence de bulles d’air dans l’isolation des solides et des liquides.
- Effets ponctuels qui localisent la tension diélectrique dans l’isolation.
- Présence d’humidité, de fissures ou de traversées d’eau.
- Présence de contaminants sur la surface de l’isolation.
- Tension qui dépasse la rigidité diélectrique des matériaux isolants.
Le grand avantage des tests de DP est qu’ils nous permettent d’analyser et de diagnostiquer les équipements en fonctionnement normal, car une chute du courant de DP se produit juste avant la défaillance. Une fois le problème détecté, l’arrêt serait programmé pour effectuer l’action corrective.
Les décharges partielles sont divisées en 4 groupes principaux : Interne Les décharges internes sont généralement dues à des cavités dans l’isolation électrique. Les cavités sont des points faibles de l’isolation et sont généralement dues à une mauvaise exécution ou au vieillissement du matériau. Le champ électrique à l’intérieur d’une cavité est égal ou supérieur au champ électrique entourant l’isolation. En effet, le gaz a une rigidité diélectrique inférieure à celle de l’isolant qui l’entoure et, par conséquent, les cavités sont des points faibles dans l’isolant où l’activité du DP est initiée.
La figure ci-dessous montre comment le DP pulse en fonction de la tension appliquée. Dans cette figure, Vc est la tension de la cavité qui est une fraction de la tension appliquée Va. Lorsque la tension de la cavité atteint U +, qui est la tension de claquage du gaz à l’intérieur de la cavité, une décharge se produit et la tension de la cavité chute à V + où la décharge s’arrête.
Il convient de noter que l’humidité et les contaminants environnementaux peuvent former des couches sur l’isolant. Cette couche indésirable constitue un chemin pour le courant de fuite à la surface de l’isolant. Ce courant va produire de la chaleur à la surface et générer une évaporation qui provoque une perturbation physique dans la couche de contaminants.
De grandes différences de potentiel sont générées au-dessus des lacunes de la couche contaminante et de petites étincelles peuvent fermer ces lacunes. La chaleur des étincelles provoque la carbonisation de l’isolant et entraîne la formation de traces de carbone permanentes à la surface.
Dans de telles conditions, ce processus se développera au fil du temps et conduira finalement à une décharge disruptive et à une défaillance complète de l’isolation.
Surface
Il convient de noter que l’humidité et les contaminants environnementaux peuvent former des couches sur l’isolation. Cette couche indésirable constitue un chemin pour le courant de fuite à la surface de l’isolant. Ce courant produira de la chaleur à la surface et générera une évaporation qui provoquera une perturbation physique dans la couche de contaminants.
De grandes différences de potentiel sont générées au-dessus des lacunes de la couche contaminante et de petites étincelles peuvent fermer ces lacunes. La chaleur des étincelles provoque la carbonisation de l’isolant et entraîne la formation de traces de carbone permanentes à la surface. Dans ces conditions, ce processus se développera au fil du temps et finira par entraîner une décharge disruptive et une défaillance complète de l’isolation.
Corona
Le corona est un type de décharge qui se produit autour de points de conduction aigus à haute tension lorsque le gradient de tension dépasse une valeur critique. L’effet couronne est produit par l’ionisation du milieu entourant un conducteur. Il peut également se produire en un point marqué du potentiel de terre et être visible sous forme de lumière, généralement une lueur violette, car l’effet couronne est généralement constitué de micro-arcs.
L’effet corona est un processus à faible énergie, mais sur une période prolongée, il peut dégrader considérablement l’isolation et provoquer une défaillance due à une rupture diélectrique. En d’autres termes, la présence de l’effet corona peut réduire la fiabilité d’un système d’isolation. Il convient également de noter que les effets corona sont cumulatifs et permanents, et que la défaillance peut se produire sans avertissement.
L’effet corona peut générer :
- la lumière
- Rayonnement ultraviolet
- Son (sifflement, crépitement causé par l’expansion des gaz visibles)
- Ozone
- Acide nitrique et autres acides
- Sels (parfois vus comme des dépôts de poudre blanche)
- Érosion mécanique des surfaces par bombardement ionique
- Chauffage (généralement léger et surtout dans les matériaux isolants)
- Dépôts de carbone, créant un chemin d’arc potentiel
Dans le cas d’un appareillage de commutation, si l’équipement fermé n’est pas bien ventilé, l’ionisation peut réduire la rigidité diélectrique de l’air et la distance d’isolation plus courte finira par provoquer un arc phase-phase ou phase-terre de haute énergie. L’accumulation d’acide nitrique dans un espace clos, tel qu’un tableau de distribution isolé par air, crée des traces de carbone sur les matériaux isolants. Le bombardement ionique détruit également certains matériaux d’isolation solides, qui finissent par se transformer en poussière.
Arborescence électrique
L’arborescence électrique provient d’un point défectueux, tel qu’un petit vide de gaz, un bord d’électrode pointu ou une particule métallique, où le champ électrique est élevé. Cette décharge partielle peut générer de l’ozone et des rayons ultraviolets et, au fil du temps, réagir avec le matériau diélectrique environnant et provoquer sa décomposition, générant ainsi un nouveau vide. Ce point faible peut se développer et grandir au fil du temps en formant un arbre dans l’isolation. Cet arbre peut se développer au point de provoquer une panne complète.
Arborescence électrique
L’arborescence électrique provient d’un point défectueux tel qu’un petit vide gazeux, un bord d’électrode tranchant ou une particule métallique ; là où le champ électrique est élevé. Cette décharge partielle peut générer de l’ozone et des rayons ultraviolets et, au fil du temps, réagir avec le matériau diélectrique environnant et provoquer sa décomposition, générant ainsi un nouveau vide. Ce point faible peut se développer et grandir au fil du temps en formant un arbre dans l’isolation. Cet arbre peut se développer au point de provoquer une panne complète.
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