Comprendre la décharge partielle: causes, effets et solutions

Causes de la décharge partielle

La décharge partielle (PD) se produit dans les matériaux isolants lorsque la contrainte électrique localisée dépasse la résistance diélectrique du matériau dans des zones spécifiques, généralement dans les espaces d'air, les films d'huile,ou surfacesLes principales causes sont les suivantes:

1. Concentration du champ électrique localisé:

   • La PD est déclenchée lorsque l'intensité du champ local dans une région diélectrique gazeuse, liquide ou faible dépasse l'intensité du champ de rupture.Cela se produit souvent dans les structures isolantes avec des bords tranchants ou des imperfections.
   • Exemple: le champ électrique concentré au bord des électrodes ou des fentes des bobines de moteur haute tension.

2. Des défauts de fabrication:

   • Au cours de la fabrication, les matériaux isolants peuvent développer des bulles d'air, des films d'huile ou des vides qui réduisent la résistance à la décomposition par rapport à l'isolation solide.
   • Exemple: Dans les transformateurs en fonte, les câbles en plastique et les systèmes d'isolation immergés dans l'huile, ces défauts sont fréquents.

3. Stress électrique:

   • Voltage en courant alternatif: PD se produit le plus souvent sous tension CA sinusoïdale en raison de la contrainte continue imposée par des cycles alternatifs.
   • Voltage en courant continu: Bien que moins fréquente, la PD sous tension CC peut encore se produire mais à des taux de répétition beaucoup plus faibles que AC.

4. Décharge de Corona:

   • À l'exposition des bords des électrodes, la décharge corona dans l'air génère des sous-produits réactifs comme l'ozone, qui peut dégrader chimiquement les matériaux environnants.

Les effets de la décharge partielle

Les décharges partielles ont une incidence significative sur la durée de vie et la fiabilité des systèmes d'isolation électrique.

1. Dégradation de l'isolation:

   • Effets physiquesChaque décharge produit des électrons à haute énergie, provoquant un micro-craquage, affaiblissant la structure isolante.
   • Réactions chimiques: Les particules chargées et les gaz réactifs générés par le PD (par exemple, l'ozone) dégradent la structure moléculaire de l'isolation.

2. Décharge interne et de surface:

   • Décharge interne: se produit à l'intérieur des vides, des bulles ou des films d'huile, entraînant une décomposition localisée de l'isolation.
   • Décharge de surface: se produit le long de l'interface de l'isolation et de l'air ou de l'huile, en particulier dans les zones où la distribution du champ est inégale.

3. Dommages aux composants critiques:

   • Générale dans les équipements haute tension tels que les transformateurs, les câbles, les condensateurs et les enroulements de moteur.
   • Au fil du temps, une activité PD répétée accélère le vieillissement de l'isolation, entraînant une défaillance de l'équipement.

4. Fiabilité du système:

   • Les défaillances d'isolation liées au PD sont une cause majeure de défauts dans les systèmes d'alimentation haute tension, en particulier dans les transformateurs ultra-haute tension.

Solution à la décharge partielle

La lutte contre les rejets partiels nécessite une conception, un suivi et des stratégies de test proactifs.

1Améliorations de conception

• Minimiser la concentration du champ en utilisant des bords d'électrodes arrondis et des structures d'isolation optimisées.
• Éliminer les vides et les espaces d'air pendant la fabrication en appliquant des techniques d'imprégnation sous vide dans l'isolation en papier-huile.

2Tests et détection

• Tests en usine:
  • Lors de la fabrication, effectuez des essais de PD sur chaque unité afin d'assurer l'intégrité de l'isolation.
  • Veiller à ce que la résistance du champ de travail soit inférieure à la résistance initiale du champ de décharge du matériau isolant.
• Tests sur place:
  • Effectuer des essais de décharge partielle lors de l'installation et de la remise du transformateur pour identifier les défauts latents.
  • Surveiller la teneur en gaz de l'huile de transformateur; des concentrations élevées de gaz indiquent une défaillance de l'isolation.

3. Surveillance en ligne

• La surveillance en temps réel des systèmes d'isolation fournit un avertissement précoce de l'activité de PD dans des conditions opérationnelles.
• Les systèmes de surveillance en ligne modernes suivent les signaux de PD et les tendances de formation de gaz, ce qui aide à prévenir les pannes inattendues.

4. Pratiques d'entretien

• Utiliser des testeurs de décharges partielles pour les évaluations périodiques, en particulier pour les transformateurs de plus de 110 kV.
• Effectuer des réparations ou des réaménagements au besoin pour atténuer les points faibles identifiés au cours des essais.

5Normes et maintenance régulière

• Suivre les normes internationales (par exemple, CEI 60270) pour les essais et la surveillance de la PD.
• Mettre en œuvre des cycles d'entretien réguliers pour inspecter et nettoyer les surfaces isolantes, afin d'assurer une performance optimale.

Conclusion

La décharge partielle est un facteur essentiel dans la dégradation des équipements électriques à haute tension, ayant une incidence directe sur la fiabilité et la sécurité.La gestion efficace de l'isolation est essentielle.Grâce à des tests rigoureux, à une surveillance avancée et à une maintenance adéquate, les ingénieurs peuvent atténuer les risques posés par la PD, assurant ainsi la performance et la fiabilité à long terme des systèmes d'alimentation.