Types de décharges partielles

Une décharge partielle (DP) est un phénomène de rupture électrique qui se situe dans un milieu isolant, entre deux conducteurs qui sont à des potentiels différents. 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 (rupture de la rigidité diélectrique).

La décharge partielle est causée par une contrainte diélectrique due à la présence d’une tension élevée et non homogène dans les matériaux d’isolation. Les principales causes de la MP sont :

• Distribution inhomogène du champ électrique.
• Présence de bulles dans les isolations solides et liquides.
• Effets ponctuels qui localisent la contrainte diélectrique dans l’isolation.
• Présence d’humidité, de fissures ou d’arborescences d’eau.
• Présence de contaminants sur la surface de l’isolation.
• Tension qui dépasse la rigidité diélectrique des matériaux isolants.
• Le grand avantage du test de DP est qu’il nous permet d’analyser et de diagnostiquer l’équipement pendant son fonctionnement normal, puisqu’une chute du courant de DP se produit juste avant la panne. Une fois le problème détecté, l’arrêt serait programmé pour effectuer l’action corrective.

Les décharges partielles se répartissent en 4 groupes principaux :

Interne

Les décharges internes sont normalement 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 dans 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 dans 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 est une voie d’accès au 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 de la couche contaminante.

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 est une voie d’accès au 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 de la couche contaminante.

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.

Corona

L’effet corona est un type de décharge qui se produit autour des points de forte conduction 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 au potentiel de la terre et être visible sous forme de lumière, généralement une lueur violette, car la couronne est généralement constituée de micro-arcs.

L’effet corona est un processus à faible énergie mais, sur une période prolongée, il peut dégrader considérablement l’isolation, provoquant des défauts dus à la 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 qu’une défaillance peut se produire sans avertissement.

L’effet corona peut générer :

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 sur 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 à l’intérieur d’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, les transformant finalement en poussière.