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Mesures de courant de polarisation et dépolarisation
REVUE DE LA LITTÉRATURE
Les propriétés diélectriques des systèmes d’isolations de plusieurs appareillages industriels font l’objet de nombreuses publications. Les sujets sont variés et vont du diagnostic de l’état de l’isolation des câbles polyéthylènes aux mesures de tension résiduelle de claquage et aux mesures d’arborescences d’eau. Il y a toutefois peu d’articles entourant les propriétés diélectriques d’isolant en présence d’eau ou d’arborescence d’eau. D’autant plus que les mesures sont effectuées en spectroscopie diélectrique temporelle. Cette section présente les documents provenant de la littérature qui traitent de notions qui s’apparentent au sujet des arborescences d’eau et des mesures de pertes diélectriques. 1.2 Mesures de courant de polarisation et dépolarisation (Pattulo, Das-Gupta et al. 1987) étudient l’influence des arborescences d’eau sur les mesures diélectriques. Ils utilisent un réservoir d’eau afin de faire croître des arborescences d’eau dans l’isolation de câbles XLPE. Le réservoir est isolé et la température est maintenue constante à 100°C à l’aide d’un système en boucle fermée utilisant des thermocouples et des éléments chauffants. Ils utilisent la méthode de courant de polarisation et de dépolarisation afin de caractériser les câbles humides et des films d’isolant LDPE sec. Une variation d’un ordre de grandeur des pertes en polarisation est notée entre les deux types d’échantillons. Les pertes diélectriques sont supérieures avec les échantillons humides. Dans le cas du courant de dépolarisation, il n’y a pas de différence notable entre les deux types d’échantillons. Ils concluent que la différence est attribuable à des charges d’espace ioniques provenant de l’apport en eau dans l’échantillon. (Heizmann and Zaengl 1991) étudient l’influence du vieillissement de l’isolation polymère sur des câbles de moyenne tension à l’aide du courant de dépolarisation. Ils analysent Reproduced with permission of the copyright owner. Further reproduction prohibited without permission. 5 différents échantillons séchés et humides ayant subi un vieillissement par arborescence d’eau. Afin de sécher les câbles reçus du réseau, ils utilisèrent un four à 65°C. L’un des échantillons présentait des courants non linéaires en fonction de la tension lorsqu’il était humide. Une fois l’échantillon séché le phénomène disparaissait. De plus, il était reproductible : en l’humidifiant encore, il redevenait non linéaire. Ils concluent que le phénomène de nonlinéarité était directement relié à la présence d’arborescences d’eau dans l’isolation du câble. (Patsch and Romero 1992) étudient les courants de polarisation et de dépolarisation de câble XLPE ayant subi un vieillissement accéléré sous champ électrique pendant 5000 heures. Ces câbles étaient chauffés à une température de 70°C et cette dernière n’était pas complètement homogène tout le long du câble, ce qui leur a permis d’avoir des échantillons comportant différentes densités et longueurs d’arborescences d’eau. Les mesures diélectriques leur révèlent que, plus il y a d’arbres d’eau, plus les courants de polarisation et de dépolarisation sont élevés. Leur décroissance est également moins rapidement lorsqu’il y a davantage d’arbres d’eau. Une fois les câbles partiellement séchés à la température ambiante, ils remarquent que l’effet est réduit. Ils expliquent ceci par l’évaporation de l’eau dans l’isolation. Ils constatent que la diminution des courants est proportionnelle à la quantité d’arborescences dans le câble. Ils concluent que la polarisation interfaciale des arbres d’eau tend à augmenter les pertes diélectriques, c’est-à-dire les courants de polarisation et de dépolarisation. La diminution de ces courants dépend de la quantité d’arborescences d’eau et plus particulièrement de la quantité d’eau présente dans ceux-ci. (Onodi 1993) étudie l’influence de l’humidité sur la durée de vie utile d’un câble. Il utilise une multitude de câbles possédant des technologies d’isolation différentes et compare trois populations d’échantillons. La première est conditionnée ou immergée dans l’eau à 50°C. La seconde population est aussi dans de l’eau à la même température, mais une tension alternative superposée à une tension continue lui est appliquée. Les derniers échantillons sont similaires au second, toutefois le conducteur central est chauffé jusqu’à une température de 80°C. Des échantillons sont retirés du vieillissement afin d’obtenir des résultats en fonction du temps. Il constate que l’eau dans l’isolation conduit vers une diminution de la tenue Reproduced with permission of the copyright owner. Further reproduction prohibited without permission. 6 diélectrique ou de la tension de claquage. Lorsque les arbres d’eau commencent à apparaître dans 1′ isolation des câbles, la tenue diélectrique diminue beaucoup plus rapidement. Finalement, la température réduit la quantité d’eau absorbée par l’isolation et ainsi réduit les arbres d’eau. (Scarpa, Bulinski et al. 1994) étudient le vieillissement de films de LOPE sous champ électrique dans un environnement sec et humide. Ils observent une variation des propriétés diélectriques en spectroscopie dans le domaine fréquentiel. Ils concluent que les arborescences d’eau influencent beaucoup plus la région des basses fréquences des pertes diélectriques. Un diagnostic de 1 ‘état de 1′ isolation peut être utilisé dans cette région. (Hvidsten 1999) fait croître des arborescences d’eau sur de petits échantillons de XLPE et il étudie leurs pertes diélectriques. Par ailleurs, il mesure la performance de ses objets d’essai en mesurant la tension de claquage. Il observe une diminution de la tension de claquage en fonction du temps de vieillissement. De plus, il mesure les pertes diélectriques avant et après vieillissement. Il constate que les courants de polarisation et de dépolarisation augmentent et qu’ils sont non-linéaires en fonction de la tension appliquée. Il conclut que l’effet non linéaire de la réponse diélectrique provient des arborescences d’eau présente dans les échantillons. 1.3 Conclusion Tel qu’énoncé dans la revue de la littérature, l’effet des arborescences d’eau et de l’eau seulement sur les pertes diélectriques et sur les performances des câbles polyéthylènes n’est pas complètement compris. Il est nécessaire de faire une étude approfondie sur la différence entre 1′ effet de 1’ eau seul et 1 ‘effet des arborescences d’eau sur les propriétés diélectriques de ce type d’isolation.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTÉRATURE
1.1 Introduction
1.2 Mesures de courant de polarisation et dépolarisation
1.3 Conclusion
CHAPITRE 2 THÉORIE
2.1 Introduction
2.2 Matériaux électriques
2.3 Conduction électrique dans les conducteurs
2.4 Conduction électrique dans les semi-conducteurs
2.5 Conduction électrique dans les isolants
2.6 La polarisation électrique
2.6.1 Polarisation électronique
2.6.2 Polarisation moléculaire
2.6.3 Polarisation par orientation
2.6.4 Polarisation interfaciale
2. 7 La réponse diélectrique dans le domaine fréquentiel..
2.8 La réponse diélectrique dans le domaine temporel..
2.9 Mesures des pertes diélectriques
2.10 Mesures dans le domaine temporel..
2.11 Rupture diélectrique des isolants
CHAPITRE 3 ÉCHANTILLONS DE CÂBLES MINIATURES
3.1 Introduction
3.2 Extrémités des câbles
3.3 Distribution du champ électrique
3.4 Mesure de spectroscopie infrarouge
3.5 Taux de cristallinité
3.6 Vieillissement par arborescences d’eau
CHAPITRE 4 MONTAGES EXPÉRIMENTAUX
4.1 Introduction
4.2 SOT-calorifique
4.3 SDT-2
4.4 Système de contrôle
4.5 Montage de vieillissement
4.6 Montage de claquage
4.7 Découpage de tranche de câble (microtome)
CHAPITRE 5 ÉTUDE PARAMÉTRIQUE
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5.1 Introduction
5.2 Représentation des résultats de spectroscopie diélectrique temporelle
5.3 Mesure de la dispersion statistique
5.3.1 Dispersion des mesures sur des câbles neufs
5.3.2 Répétabilité des mesures
5.4 Mesure de l’effet du temps de polarisation
5.5 Mesure de l’effet de la tension
CHAPITRE 6 RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX
6.1 Introduction
6.2 Mesure sur l’effet de l’eau
6.3 Mesure sur l’effet du vieillissement par arborescence d’eau
6.4 Mesure de 1′ effet de la température
6.5 Mesure de l’effet de l’application seul d’un champ alternatif.
6.6 Corrélation entre vieillissement et longueur d’arbre d’eau
6.7 Tension de claquage
6. 7.1 Corrélation avec le vieillissement des câbles
6. 7.2 Corrélation avec le conditionnement des câbles
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I GRAPHIQUES SUPPLÉMENTAIRES
ANNEXE II TABLEAUX DES RÉSULTATS DE CLAQUAGE
BIBLIOGRAPHIE
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