Décharge partielle

Dans le domaine de l'électricité, une décharge partielle est une décharge qui ne court-circuite que partiellement l'isolement entre conducteurs" sous l'effet d'une forte tension.



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Dans le domaine de l'électricité, une décharge partielle (DP) est une décharge qui ne court-circuite que partiellement l'isolement entre conducteurs" [1]sous l'effet d'une forte tension (HTB ou HTA).

Mécanisme

Les décharges partielles prennent naissance dans un défaut d'un diélectrique solide ou dans une bulle au sein d'un liquide diélectrique. Elles peuvent aussi apparaitre à l'interface conducteur-diélectrique.

Les décharges partielles dans un diélectrique ont le plus fréquemment lieu dans une bulle gazeuse : la permittivité du gaz étant particulièrement inférieure à celle du matériau environnant, un champ électrique bien plus important que celui existant sur une distance équivalente au sein de l'isolant apparait. Si cette tension dépasse la limite de rigidité diélectrique pour le gaz contenu par la bulle, une décharge partielle a lieu.

Une fois amorcée, la décharge va progressivement détériorer l'isolant solide ou liquide, dabord à la surface de la cavité, puis plus en profondeur, pouvant conduire finalement à un claquage aux limites du diélectrique ainsi qu'à la destruction de l'installation. Ce phénomène peut être limité lors de la fabrication de l'équipement par sa conception, par la qualité des matériaux utilisés, et par la qualité de la fabrication (absence de bulles). L'absence de décharge partielle peut être vérifiée par des méthodes de détection, autant au cours de la fabrication que au cours de la durée de vie de l'installation. La prévention des décharges partielles forme par conséquent un enjeu capital pour les industries électriques en vue d'assurer un service de qualité sur le long-terme.

Modèle électrique

Un isolant contenant une cavité peut être modélisé par deux condensateurs en parallèle. Le premier condensateurs représentant la combinaison en parallèle des capacités en série avec la bulle et de la capacités de la bulle, le second représentant la capacités de l'échantillon sans la bulle.

Courants de décharge partielle

Une décharge partielle peut être détectée par de très faibles variations dans le courant traversant l'équipement sous tension. De faible intensité et de durée réduite, ces courants sont complexes à mesurer.

Charge apparente

La variation de charge entrainée par une décharge partielle n'est , généralement, pas directement mesurable. On utilise par conséquent la charge apparente (q) qui est déduite de la variation de tension qu'entraine, aux limites de l'installation, la présence d'une décharge partielle :

q = CbΔ (Vc)

La charge apparente n'est pas égale à la variation de charge entrainée par la décharge partielle mais en donne une meilleure approximation que ΔVa. Elle est de l'ordre du picocoulomb.

Détection des décharges partielles

Les courants entrainés par une décharges partielles sont de très faible durée (avec un temps de montée de l'ordre de la nanoseconde) et ressemble sur un oscilloscope à une série d'impulsions apparemment aléatoires, facile à confondre avec un bruit blanc. Pourtant, après qu'on ait compris l'importance de ce phénomène dans l'industrie électrique, de nombreuses méthodes de détection ont été mises au point.

Observation des courants de décharge

La méthode la plus simple est d'estimer l'intensité des phénomènes transitoires sur l'installation en charge ou soumise à une tension en créneau. L'inconvénient de cette méthode, hormis la difficulté d'identifier des phénomènes aussi rapides, est la necessité d'accéder à l'installation tandis qu'elle se trouve sous particulièrement haute tension.

Utilisation de filtre passe-haut

On utilise un filtre passe-haut ou passe-bande de faible facteur de qualité, par exemple un circuit RLC parallèle, qui tend à atténuer l'harmonique principale de la tension (50 hertz en Europe) ainsi qu'à augmenter les phénomènes rapides génèrés par une décharge partielle.

Méthode acoustiques

Mesure des champs électriques

Très complexe à mettre en œuvre, les mesures de champs électriques ne sont utilisées que quand on ne cherche pas à détecter les décharges partielles mais à en mesurer exactement l'importance. Pour une mesure de meilleure qualité des décharges partielles, l'appareil à mesurer peut être positionné dans une cage de Faraday, à l'abri des perturbations électriques extérieures.

Effets des décharges partielles sur les matériaux isolants

Les effets des décharges partielles dans installations haute tension comprenant des matériaux isolants solides peuvent être dramatiques, aboutissant à la destruction complète (par explosion) de l'installation. Ces décharges entrainent des dommages irréversibles, autant physiques que mécaniques, des matériaux isolants. Ces dommages sont causés par l'énergie libérée par les décharges, sous forme d'électrons, d'ions ou d'ultraviolets, par la naissance d'ozone attaquant les parois des cavités, la libération de gaz sous haute pression et des réactions chimiques qui ont tendance à augmenter la conductivité de l'isolant autour de la cavité, tout autant de phénomènes qui tendent à accélérer ainsi qu'à étendre la dégradation du matériel.

Normes internationales

Voir aussi

Références

  1. définition suivant norme CEI 60270

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