UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLAFaculté des Sciences AppliquéesDépartement d’Electrotechnique
MémoireMASTER ACADEMIQUE
Domaine : Sciences et TechnologieFilière : Electrotechnique
Spécialité Matériaux ElectrotechniquesPrésenté par
Souleiman BOUCHOUKHBadraeddine SAYEH LAMBARK
Theme
Soutenu publiquementLe : 08 /06/2014Devant le jury
Mr A. BENMIR MA (A) Pr. Président UKM Ouargla
Mr Y.BOUREK MA (A) Examinateur UKM Ouargla
Mme A. BELKEBIR MA (A) Examinateur UKM OuarglaMme N. M’ZIOU MC (A) Encadreur U BiskraMme K. BOUALI MA (A) Co-Encadreur UKM Ouargla
Année Universitaire : 2013 /2014
Influence de la Pollution Artificielle sur la Tensionde Contournement d’une Chaine d’Isolateurs MT
Nous rendons grâce à dieu de nous avoir donné le courage et la patienceafin de mener ce travail à terme.
Arrivé au terme de notre travail, nous tenons à exprimer vivement notreprofonde gratitude à notre promoteurs : Dr. N.M’ziouet K.Boualipour l'aide, lesuivie et l'intérêt qu'elles n'ont cessé de nous apporter jusqu'à l'achèvement denotre travail.
Nous remercions, Mr. H.Bengassmia qui nous a généreusement faitprofiter de sa connaissance et pour son aide et ces conseils utiles.
Nous remercions aussi les responsables du laboratoire de la haute tensionde l’université Mohamed KheidharBiskrapour leur aide.
Nous tenons également à remercier l'ensemble des membres du jury quiont fait l'honneur de juger notre travail.
Enfin, nos chaleureux remerciements vont également à tous ceux qui ontcontribué de près ou de loin à notre formation.
Chaleureusement je dédie ce modeste travail:
A la lumière de ma vie, mes chers parents en témoignage de
leuramour et de leur sacrifices sans limites, je leurs souhaite
unebonne santé, que Dieu me les garde.
A mes frères et mes sœurs.
A toute la famille bouchoukh
A tous mes amis …
A tous mes collègues de la promotion 2014.
souleimane…
Chaleureusement je dédie ce modeste travail :
A la lumière de ma vie, mes chers parents en témoignage de
leuramour et de leur sacrifices sans, je limiteleurs souhaite
unebonne santé, que Dieu me les garde.
A mes frères et mes sœurs.
A toute la famillebadre edine
A tous mes amis …
A tous mes collègues de la promotion 2014.
Badre dine
Je remercie bien DIEU tout puissant de m'avoiraccordé le
courage.
Plus que tout, je voudrais dédier ce modeste travail à mon cher et
adorable père qui m'encourageDans les instants délicats :
A ma chère et incomparable mère source de tendresse et de
l’amour.
A tous mes frères et mes sœurs et toutema famille.
A mon encadreur et mes professeurs.
A tous ce qu'ils ont aimé me voir ce jour là.
Oussama …
SOMMAIRE
Chapitre Ι : Les Isolateurs de Haute Tension
II. 2. 1 Contrainte de contournement d’isolateurs 16
II. 2. 2 Tension de contournement 16
II. 2. 3 Tension de tenue 17
II. 2.4 Conductance superficielle 17
II. 3 Formation et répartition des couches polluantes 17
I. 1 Introduction 6
I. 2 Fonctionnement et constitution d’un isolateur 6
I. 3 Principaux types d’isolateurs 7
I. 3.1. Isolateurs de type rigide 7
I. 3. 2 Elément de chaîne 7
I. 3. 2. 1 Isolateurs à capot et tige 8
I. 3. 2. 2 Isolateur à long fût en porcelaine 11
1.4 Choix des isolateurs 11
I. 5 utilisations des isolateurs 12
I.6 Les matériaux de fabrication des isolateurs
I. 6. 1 Céramique
12
12
I.6.2 Verres 13
I.6.3 Matériaux synthétiques 13
I. 7 Classification des isolateurs 14
I. 8 Conclusion
Chapitre II : Pollution des Isolateurs de HauteTension
II.1 Introduction
15
16
II.2 contournement d’isolateur 16
Introduction Générale 3
SOMMAIRE
II. 4 Source de pollution 18
II. 4. 1 Pollution naturelle 18
II. 4. 1. 1 Pollution marine 18
II. 4. 1. 2 Pollution désertique 18
II. 4. 2 Pollution industrielle 19
II. 4. 3 Pollution mixte 19
II. 5 Conséquence de la pollution 19
II. 5. 1 Arc non localisé 19
II. 5. 2 Arc permanent 20
II. 5. 3 Contournement des isolateurs 20
II. 6 Mesure de la sévérité de pollution des sites 21
II. 7 Méthodes d’essais sous pollution 22
II. 7. 1 Essai sous pollution naturelle 22
II. 7. 2 Essais sous pollution artificielle 23
II. 7. 2. 1 Méthode des couches solides 23
II. 7. 2. 2 Méthode du brouillard salin 23
II. 8 Techniques de lutte contre la pollution 24
II.8.1. Allongement de la ligne de fuite 24
II.8.2. Isolateurs plats 24
II.8.3. Graissage périodique 24
II.8.4. Revêtement silicone 25
II.8.5. Les isolateurs composites 25
II.8.6. Nettoyage des isolateurs 25
II. 9 Conclusion 25
Chapitre III : Techniques Expérimentales et Résultats
III.1 Introduction 27
III.2 Dispositif expérimental 27
III .2.1.1 Équipement de la station d'essai 27
III.2.1.2 Transformateur d'essai 27
III.2.1.3 Transformateur de réglage 27
III.2.1.4 Pupitre de commande 27
III.2.1.5 Appareils de mesure et de protection 28
III.2.1.6 Diviseur de tension 28
SOMMAIRE
III.3 Application de la couche e pollution 29
III.4Essais sous pollution artificielle 29
III.4.2 essais expérimental 30
III.4.3 Evolution de tension de contournement 30
III.4.4 Tension de contournement 32
III. 5 Conclusion 46
Liste des figures et des photos
Figure Page
I.1 Isolateur rigide en verre. 07
I.2 Assemblage à rotule. 08
I.3 Isolateur à capot et tige. 08
I.4 Isolateur à long fût en porcelaine. 11
I.5 Isolateur composite. 14
II.1 Etape du contournement d’une couche polluée. 21
III.1 un isolateur175 CTV neuf. 30
III.2 Observation des étincelles. 31
III.3 Evolution du contournement. 32
III.4 Influence de conductivité sur la tension de contournement (pour un
élément)
38
III.5 Influence de conductivité sur la tension de contournement (pour deux
éléments)
38
III.6 Influence de conductivité sur la tension de contournement pour
N1=constant
39
III.7 Influence de conductivité sur la tension de contournement pour
N2=Constant
39
III.8 Influence de conductivité sur la tension de contournement pour
N3=constant
40
III.9 Influence du niveau de pollution sur la tension de contournement (pour un
élément).
40
III.10 Influence du niveau de pollution sur la tension de contournement (pour
deux éléments).
41
III.11 Influence de niveau de pollution segma1=δ1=8.02ms/cm=constant
sur la tension de contournement.
41
III.12 Influence de niveau de pollution segma2=δ2=50.4/cm=constant sur la
tension de contournement.
42
III.13 Influence de niveau de pollution segma1=δ3=93.7ms/cm=constant
sur la tension de contournement pour
42
Liste des figures et des photos
III.14 Influence du nombre des éléments pourN1=constant et déférentes
conductivité sur la tension de contournement
43
III.15 Influence du nombre des éléments pourN2= constant et déférentes
conductivité sur la tension de contournement
43
III.16 Influence du nombre des éléments pourN3= constante déférentes
conductivité sur la tension de contournement
44
III.17 Influence du nombre des éléments segma1= constant sur la tension de
contournement
44
III.18 Influence du nombre des éléments pour segma2= constant sur la tension
de contournement
45
III.19 Influence du nombre des éléments pour segma3= constant sur la tension
de contournement
45
Liste des Photos
Photo Page
I. 1 Différents profils d’isolateurs à capot et tige. 10
III.1 Photo du pupitre de commande du laboratoire de haute tension de
l’université de Biskra.
28
Liste des tableaux
Tableau Page
III.1 partition des zones polluées sur les niveaux 29
III.2 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (essai propre). 32
III.3 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (8.02 ms/cm
N1).
33
III.4 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de Tension(8.02 ms/cmN2)
33
III.5 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (8.02 ms/cm
N3).
33
III.6 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (50.4mS/cm
N1).
34
III.7 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (50.4 ms/cm
N2).
34
III.8 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (50.4 ms/cm
N3).
34
III.9 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (93.7 ms/cm
N1).
35
III.10 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (93.7 ms/cm
N2).
35
III.11 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (93.7 ms/cmN3).
35
III.12 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne De la tension (essaipropre a deux éléments).
36
III.13 Les essais effectués pour obtenir la valeur Moyenne de la tension (8.02ms/cm N1).
36
III.14 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de laTension (8.02 ms/cmN2).
36
III.15 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (8.02 ms/cm
N3).
37
III.16 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (50.4 ms/cm
N1).
37
III.17 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (50.4 ms/cm
N2).
37
III.18 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (50.4 ms/cm
N3).
38
III.19 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne De tension (93.7ms/cm
N1).
38
Liste des tableaux
III.20 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (93.7ms/cm
N2).
38
III.21 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (93.7 ms/cmN3).
39
III.22 Tension de contournement en fonction des différentes conductivités et
niveaux de la pollution.
39
Techniques expérimentaleset les résultats obtenus
3
Introduction Générale
La pollution des isolateurs est un phénomène qui agit négativement sur le
comportement des isolateurs de haute tension.
La pollution des isolateurs constitue un problème majeur dans la dégradation de
l’isolement des ouvrages (postes et lignes) de haute tension. Portés par le vent et
déposés sur la surface isolante des chaînes des isolateurs, et en présence d’humidité,
les divers dépôts polluants deviennent plus ou moins conducteurs. Ce qui engendre
une diminution conséquente de la tension de tenue des isolateurs. Des arcs
électriques prennent naissance à la surface isolante et peuvent éventuellement, se
développer en provoquant le contournement total des isolateurs [1].
En général, la distribution de la pollution à la surface des isolateurs n’est pas
répartie de façon uniforme. En effet, les conditions électro-géométriques et
climatiques jouent un rôle important dans l'accumulation et la distribution de la
pollution sur la surface d’un isolateur.
La non-homogénéité est due à la présence de différents agents polluants dans une
même région, et la non-uniformité de la répartition sur les surfaces des isolateurs est
due aux profils des isolateurs, le sens et la direction des vents dans cette région, la
pluie, la position de la chaîne d’isolateurs par rapport au sol (verticale, horizontale,
inclinée), la position de l’isolateur dans la chaîne, le degré de pollution du site où se
trouve les isolateurs ainsi que la surface inférieure ou supérieure de l’isolateur et de
l'effet d'inconnu de l'humidité sur la pollution [2], [3].
Le contournement se produit sur la surface de l’isolateur lorsqu’une décharge
électrique s’établit entre ses extrémités et contourne la surface de l’isolateur.
Le contournement provoque l’ouverture du disjoncteur, car il établit un court-circuit
entre le conducteur et le pylône (défaut monophasé à la terre).
Le contournement cause habituellement l’interruption momentanée de
l'écoulement de l’énergie dans le réseau. De telles interruptions, bien qu'étant
nocives, peuvent être tolérées dans des endroits ruraux. Dans des secteurs urbains
avec les industries de pointe (domaines pharmaceutiques, production de véhicules…)
les interruptions ne sont pas acceptables parce qu’elles mènent à d’énormes pertes
financières de production, de machines bloquées et des pertes de contrôle du cycle du
4
processus. Par exemple, aux USA une interruption de 0,25 s dans une usine à papier
peut provoquer des pertes de 100 000 dollars [4].
Structure du mémoire
L'objectif de ce mémoire est d’étudier l’influence de la pollution artificielle sur
la tension de contournement d'une chaine d’isolatrice moyenne tension (MT) pour
différentes conductivité superficielle et pour différents niveaux. Des résultats
expérimentaux réalisés au laboratoire seront présenté.
Ce travail s’articule autour de trois principaux chapitres :
Le premier chapitre est consacré à la présentation des isolateurs MT ;
Le deuxième chapitre est réservé à la pollution des isolateurs ;
Le troisième chapitre est consacré aux essais expérimentaux sur le
contournement d’une chaine d’isolateurs.
Enfin, on terminera par des conclusions.
.
Chapitre I Les isolateurs de haute tension
6
I.1 Introduction
Le phénomène de pollution des lignes aériennes constitue un sujet d’étude
d’une importance primordiale. Cela provient du fait que la pollution des isolateurs
constitue un sérieux problème pour l’exploitation des réseaux de haute tension. En
effet, et suite à l’interaction entre, l’air transportant des grains de poussières et
l’isolateur, une couche étrangère se dépose sur les surfaces de celui-ci [5]. Une fois
cette couche humidifiée, la tension de tenue peut diminuer considérablement,
provoquant des incidents très graves. Cela est lié à plusieurs facteurs dont les plus
importants sont la nature de l’agent polluant et le profil de l’isolateur.
I. 2 Fonctionnement et constitution d’un isolateur
L’isolateur est un matériau isolant solide qui présente une très grande
résistance au passage du courant et dont la conductibilité est pratiquement nulle. Il
est utilisé pour isoler les conducteurs ou les pièces sous tension afin d’empêcher les
court –circulations, les pertes de courant et les charges d’électrocution [6].
Les isolateurs sont des composants indispensables au transport et à la
distribution de l’énergie électrique. Leur fonction est de réaliser une liaison
mécanique entre des conducteurs portés à des potentiels différents accrochés aux
pylônes des lignes aériennes. Ils maintiennent les conducteurs dans la position
spécifiée (isolateurs d’alignement et d’ancrage), ils assurent la transition entre
l’isolation interne (huile, SF6) et l’isolation externe (air atmosphérique), ils
permettent de raccorder les matériels électriques au réseau (traversées de
transformateur, extrémités de câbles) et ils constituent, également, l’enveloppe de
certains appareils (disjoncteurs, parafoudres, réducteurs de mesure) [7].
Les isolateurs sont conçus et dimensionnés pour résister aux contraintes
prévisibles introduites par l’environnement [8]. Du point de vue électrique,
l’isolateur est considéré comme deux électrodes dont l’intervalle comporte trois
zones constituant trois isolants en parallèle ayant des comportements différents, qui
sont les suivants [8] :
L’intervalle d’air.
Le matériau diélectrique.
L’interface air - matériau diélectrique. (La longueur de l'interface constitue la
ligne de fuite –ligne le long de laquelle circulerait le courant de fuite).
Chapitre I Les isolateurs de haute tension
7
I. 3 Principaux types d’isolateurs
On peut distinguer deux principaux types d’isolateurs :
I. 3. 1 Isolateurs de type rigide
Un isolateur rigide (Figure I. 1), est relié au support par une ferrure fixe. Tous
les isolateurs rigides normalisés sont livrés avec une douille scellée de telle façon
qu’ils puissent être vissés directement sur les ferrures correspondantes. La céramique
et le verre sont les deux matériaux utilisés pour les isolateurs rigides [6].
I. 3. 2 Elément de chaîne
C’est un isolateur constitué par un matériau isolant équipé de pièces
métalliques de liaison, nécessaires pour le relier de façon flexible à d’autres éléments
de chaîne (Figure I.2), à la pince de suspension du conducteur ou au support. Ces
éléments sont soumis principalement à des efforts de traction. Ils sont généralement
utilisés en suspension et forment des chaînes d’isolateurs soit verticales (chaînes
d’alignement), soit horizontale (chaînes d’ancrage) [8].
On distingue deux types d’éléments de chaines qui sont :
- Isolateurs à capot et tige.
- Isolateurs à long fut en porcelaine.
C : Cloche T : Logement de tige
Figure I.1 Isolateur rigide en verre.
Chapitre I Les isolateurs de haute tension
8
I. 3. 2. 1 Isolateurs à capot et tige
L'isolateur capot et tige est constitué d'un bloc isolant portant à sa partie
supérieure un capot scellé en fonte malléable et à l'intérieur une tige en acier, avec
cannelures et dont la tête conique est également scellée dans le verre (ou la
porcelaine).
L'extrémité inférieure de cette tige est arrondie et a les dimensions voulues
pour pénétrer dans le capot de l'élément suivant, et y être maintenue par une goupille
[5], [9].
L'assemblage consiste à effectuer un scellement du capot et du diélectrique
par du ciment, puis celui de la tige et du diélectrique [9].
La coupe de l'isolateur capot-tige est schématisée à la (Figure I. 3)
Figure I.2 Assemblage à rotule
R : RotuleP : Pas
C : Capot (fonte malléable, galvanisée à chaud)D : Diélectrique (verre trempé ou céramique)M : Mortier de ciment alumineux ou portlandT : Tige (acier, galvanisé à chaud)
L : plus courte distance dans l’air, extérieure à l’isolateur
ε : Longueur du canal de perforation, ε << L /2
Figure I.3 Isolateur à capot et tige
Chapitre I Les isolateurs de haute tension
9
La (Photo I. 1) présente les différents profils des isolateurs à capot et tige qui sont :
a) Profil standard
La faible profondeur, l'espacement entre les anneaux (nervures) et la ligne de
fuite moyenne permettent l'utilisation de ce profil dans une zone de pollution
modérée.
b) Profil antibrouillard
Il est plus large que le profil standard. L'écartement entre les anneaux permet
un bon nettoyage par le vent ou la pluie et facilite le lavage manuel si nécessaire.
L'espacement prévient également l'apparition d'arcs entre les anneaux adjacents dans
des conditions sévères de pollution.
c) Profil ouvert
La suppression complète des anneaux permet de réduire l'accumulation des
dépôts polluants. Ce type de profil est particulièrement efficace en régions
désertiques où le lavage par pluie est très rare.
d) Profil sphérique
Ce type de profil donne une ligne de fuite équivalente au profil standard, mais
l'absence d'anneaux facilite le nettoyage manuel.
Chapitre I Les isolateurs de haute tension
10
Photo I. 1 Différents profils d’isolateurs àcapot et tige.
Profil standard Profil antibrouillard (A)
Profil antibrouillard (B)Profil ouvert
Profil sphérique
Chapitre I Les isolateurs de haute tension
11
I. 3. 2. 2 Isolateur à long fût en porcelaine
Ils sont constitués d’un cylindrique plein en céramique, en porcelaine ou en
matériaux synthétiques, muni d’ailettes (Figure I.4). A chaque extrémité est fixée une
pièce métallique de liaison ; celle-ci peut être enveloppante en forme de capot scellé
autour des extrémités tronconiques prévues sur le cylindre, ou bien en forme de tige
scellée dans une cavité prévue à cet effet.
De tels isolateurs peuvent être utilisés unitairement ou en série de plusieurs
éléments en fonction de leur longueur et du niveau d’isolement requis [8].
1.4 Choix des isolateurs
Les isolateurs entrent pour un pourcentage très modeste de l’ordre de 7%,
dans le prix d’une ligne aérienne moyenne tension. Cependant, ils sont un élément
essentiel dont dépendent la sécurité d’exploitation, la qualité et la continuité de
service [9].
Les isolateurs les mieux adaptés à un environnement donné sont ceux qui
retiennent le taux de dépôts polluant le moins élevé, c’est-à-dire les isolateurs qui
possèdent les meilleures propriétés d’auto –nettoyage.
Figure I.4 Isolateur à long fût en porcelaine.
Scellement externe Scellement interne
L : Plus courte distance dans l'air, extérieure à l'isolateur
: Longueur du canal de perforationp : pas
>> L /2
Chapitre I Les isolateurs de haute tension
12
Même bien choisie, une isolation n’est jamais à l’abri d’un incident. La
sévérité de la pollution d’un site peut changer. L’apparition d’une nouvelle usine à
proximité d’un poste, la construction d’un ouvrage routier voisin ou plus simplement,
un événement météorologique exceptionnel peuvent augmenter, durablement ou
temporairement, la pollution d’un site, alors qu’un poste ou une ligne y sont déjà en
exploitation. Le dimensionnement initialement correct des isolateurs peut alors
devenir insuffisant et il faut pouvoir protéger les installations existantes contre les
nouvelles sources de pollution éventuelles [10].
I. 5 Utilisation des isolateurs
Le transport de l’énergie électrique nécessite, pour des raisons techniques et
économiques, l’utilisation de tension élevée (ligne HT et THT)
Le rôle des isolateurs est de relier les conducteurs aux supports en assurant leur
isolation thermiques
Dans la plus part des lignes électriques de haute tension les isolateurs sont
menacés par le phénomène de pollution
En effet, un bon choix de dimensionnement des isolateurs s’avère
indispensable pour assurer la fiabilité et la qualité de l’isolement de haute tension
La pollution ces isolateurs fuguer comme un vrais problème néfaste à leur
bon fonctionnement. La tension de tenue des isolateur peut diminuer
considérablement à cause des dépôts polluants recouvrant leurs surfaces ils peuvent
même conduire au contournement des isolateurs dans certains cas critiques
I.6 les matériaux de fabrication des isolateurs
I.6.1 Céramique
La composition des céramiques et leur fabrication ont été longuement
développées ; certaines céramiques à grains très fins sont recommandées pour des
isolateurs devant supporter des efforts mécaniques élevés [8]. Les céramiques sont
largement utilisées pour l'isolation des matériels de poste : isolateurs supports,
couverture isolante des sectionneurs, des disjoncteurs, des transformateurs de
Chapitre I Les isolateurs de haute tension
13
potentiel, des bornes de traversées des transformateurs de puissance… Elles sont
aussi utilisées dans l'isolation des isolateurs à long fût utilisés comme éléments de
chaînes (lignes à extra et ultra haute tension)
I.6.2 Verres
a) Le verre recuit
Le verre recuit a été surtout utilisé pour faire des isolateurs rigides, mais on
s’est aperçu que les isolateurs un peu épais ne résistaient pas aux variations brusques
de températures. De plus, le verre recuit ne supporte que des tensions mécaniques
relativement faibles, ce qui interdit son emploi pour les isolateurs de suspension.
b) Le verre trempé
Le verre trempé présente une contrainte mécanique en traction environ 5 à 6
fois plus grande que celle du verre recuit et peut supporter des variations brusques de
température pouvant atteindre 100 °C [8].
Outre son bas prix, le verre présente l’avantage de permettre de déceler les
défauts par une simple observation [12].
I.6.3 Matériaux synthétiques
Ces isolateurs (Figure I. 5.), dits composites, sont constitués d’un noyau en
fibres de verre imprégnées d’une résine et d’un revêtement à ailettes de type
élastomère. Ces isolateurs présentent l’avantage d’une grande légèreté alliée à une
haute résistance mécanique que leur confère le noyau. Ils ont de bonnes propriétés
hydrophobes et peuvent être utilisés dans des conditions de pollution très sévères.
Cependant, ces isolateurs vieillissent sous l’effet des différentes contraintes
auxquelles ils sont soumis (électriques, mécaniques, atmosphériques…) ce qui
constitue un désavantage dans leu
Chapitre I Les isolateurs de haute tension
14
I. 7 Classification des isolateurs en HT
Conformément à la publication CEI 383 (Commission Electrotechnique
Internationale), les isolateurs de lignes aériennes sont divisés en deux classes selon
leur forme.
Classe A
Elle comprend tous les isolateurs ou éléments de chaînes pour lesquels la plus
courte longueur "ε " du canal de perforation à travers la matière isolante solide est au
moins égale à la moitié de la plus courte distance dans l’air "L" extérieure à
l’isolateur. Les isolateurs à long fût font, en général, partie de cette classe.
Classe B
Elle comprend tous les isolateurs ou éléments de chaînes pour lesquels la plus
courte longueur "ε " du canal de perforation à travers la matière isolante est
inférieure à la moitié de la plus courte distance dans l’air "L" extérieure à l’isolateur.
Les isolateurs à capot et tige appartiennent à cette classe [8].
A : Ame en fibre de verre-résine.AM : Pièces d’accrochage métalliqueRe : Revêtement à ailettes en matériauxsynthétique
Figure I.5 Isolateur composite.
Chapitre I Les isolateurs de haute tension
15
I .8 Conclusion
Les isolateurs entrent pour un pourcentage très modeste de l’ordre de 7%,
dans le prix d’une ligne aérienne moyenne tension.
Les isolateurs les mieux adaptés à un environnement donné sont ceux qui
retiennent le taux de dépôts polluants le moins élevé, c’est-à-dire les isolateurs qui
possèdent les meilleures propriétés d’auto –nettoyage.
Les isolateurs sous haute tension ne se comportent pas de la même façon qu’à
basse ou moyenne tension, dans ce cas on donne beaucoup d’importance au
phénomène de la pollution des isolateurs qui présente un danger particulier pour les
dispositifs de haute tension qui peuvent engendrer des pertes d’énergie.
Pour mieux dimensionner les chaînes d’isolateurs il est indispensable de connaître la
sévérité de la pollution des sites et les différents paramètres contribuant à la
dégradation de l’état de surface des isolateurs.
Chapitre II Pollution des isolateurs de haute tension
16
II.1 Introduction
La pollution est un phénomène qui constitue un sérieux problème sur
l’isolement des ouvrages de haute tension, dont il faut tenir compte lors du
dimensionnement de l’isolement des lignes de haute tension. Ceci est dû à la
formation de couches plus ou moins conductrices sur la surface de l’isolateur.
Ces couches peuvent engendrer une diminution considérable de la résistivité
superficielle des surfaces isolantes et par suite la diminution de la tension de
tenue des isolateurs.
L’échauffement de la couche polluante conductrice humidifiée,
provoqué par la circulation des courants sur la surface de ces isolateurs,
entraîne des assèchements locaux de la couche de pollution et l’apparition
d'arcs de petite longueur (arcs partiels) [13]. Dans certaines conditions, ces arcs
partiels peuvent se développer jusqu’à provoquer le contournement total des
isolateurs, en connectant l’extrémité sous haute tension à celle mise à la terre,
et conduisant ainsi à la mise hors service de l’ensemble de l’installation [13].
II. 2 Contournement d’isolateur
Le contournement est représenté par une décharge disruptive le long
d’une surface solide [14] dont la trajectoire contourne cette dernière. Aussi, le
terme contournement est employé pour des décharges par amorçage dans l’air.
II. 2. 1 Contrainte de contournement d’isolateur
La contrainte de contournement d’isolateur est le rapport de la tension
de contournement à la longueur totale de l’isolateur [15].
II. 2. 2 Tension de contournement
La tension de contournement est le niveau de tension le plus bas à partir
duquel tous les arcs joignent les deux électrodes [14]. Elle dépend :
• de la résistivité volumique moyenne de la pollution.
• de la répartition de la couche de pollution.
• du profil et des dimensions de l’isolateur.
Chapitre II Pollution des isolateurs de haute tension
17
II. 2. 3 Tension de tenue
C’est le niveau de tension le plus important, que peut supporter une
isolation sans provoquer de décharge disruptive (contournement dans le cas des
isolateurs).
II. 2. 4 Conductance superficielle
La conductivité superficielle est due à l’humidité, à une fine couche de
polluants ou Présence d’ions qui se forment à la surface de l’isolant, que ce soit
par réactions chimiques ou par l’effet de rayonnement. De ce fait, la
conductivité superficielle dépend en partie du matériau (de son affinité pour les
molécules d’eau ou de polluants extérieurs) et aussi de l’environnement
(composition chimique et rayonnements). Contrairement à ce qui se passe avec
les conducteurs électriques, la conductivité superficielle des isolants n’est pas
négligeable par rapport à leur conductivité transversale. Elle est même
généralement du même ordre de grandeur.
Comme on peut s’y attendre, par analogie avec la résistance
transversale, la résistance superficielle, Rs = U/Is, pour la surface comprise
entre deux électrodes, est proportionnelle à la distance d qui les sépare et
inversement proportionnelle à la longueur des électrodes. L
La conductivité superficielle se mesure en siemens [S] et vaut l’inverse de la
résistivité.
II. 3 Formation et répartition des couches polluantes
Suite à l’écoulement d’un air transportant des poussières diverses, une
couche de pollution se forme à la surface des isolateurs. La répartition non-
uniforme et non-homogène de cette couche dépend du profil de l’isolateur, de
la position de la chaîne par rapport au sol (verticale, horizontale, inclinée), du
niveau de tension ainsi que du degré de pollution du site où est situé l'isolateur
[16].
Plusieurs travaux d’observation [17, 18, 19] ont montré qu’il existe
toujours une distinction nette entre les couches formées à la surface supérieure
et celles formées à la surface inférieure d’un isolateur soumis à la pollution
naturelle. Cela veut dire que la répartition de la pollution le long de l’isolateur
est très peu uniforme ; le vent, par exemple, impose des orientations
préférentielles pour les dépôts.
Chapitre II Pollution des isolateurs de haute tension
18
La pluie qui lave périodiquement les surfaces exposées est un autre
facteur de non uniformité puisque les parties arbitrées de l’isolateur ne sont
jamais lavées. Cette répartition dépend [13] :
• du profil de l’isolateur.
• de la position de l’isolateur.
• du niveau de tension appliquée.
II. 4 Source de pollution
Les divers types de pollution atmosphérique les plus fréquemment
observés peuvent être regroupés selon leurs origines et classés comme suit :
II. 4. 1 Pollution naturelle
La pollution naturelle provient :
• des sels marins dans les régions côtières.
• de poussières du sol (notamment lors de chantiers importants).
• de sables véhiculés par le vent en régions désertiques.
II. 4. 1. 1. Pollution marine
Les installations situées en bord de mer sont exposées aux embruns
portés par le vent et qui se déposent progressivement sur les isolateurs, formant
une couche de pollution de sel qui devient conductrice lorsqu’elle est
humidifiée par le brouillard ou simplement par condensation. Un courant de
fuite s’établit alors à travers la couche superficielle et des arcs électriques
peuvent prendre naissance. Dans certaines conditions, ils se développent
jusqu’à provoquer le contournement total de l’isolateur [16, 18].
II. 4. 1. 2 Pollution désertique
La pollution désertique est caractérisée surtout par les dépôts de sable
se formant à la surface des isolateurs après les vents de sable. Une fois
humidifiés, ces dépôts deviennent plus ou moins conducteurs (en fonction des
concentrations en sels solubles qu'ils contiennent) et engendrent la circulation
d'un courant de fuite qui apparaît brusquement et qui est suivi par l'apparition
d'arcs partiels qui peuvent conduire au contournement total de l’isolateur s’ils
rejoignent les deux électrodes.
Chapitre II Pollution des isolateurs de haute tension
19
II. 4. 2 Pollution industrielle
Au voisinage de certaines zones industrielles, la pollution est engendrée
par l’évacuation des fumées des usines (raffinerie, cimenterie, minerais …..
etc.). La présence d'éléments conducteurs dans les couches, et/ou la dissolution
des sels qu'elles contiennent engendrent la circulation d'un courant de fuite plus
ou moins fort selon les concentrations des agents polluants [15].
Les usines ne sont pas les seules responsables de ce genre de pollution ;
les gaz d'échappement des véhicules et les engrais utilisés en agriculture
contribuent aussi aux dépôts observés à la surface des isolateurs.
II. 4. 3 Pollution mixte
Ce type de pollution est en fait le plus fréquent et le plus sévère pour
l’exploitation des ouvrages électriques. La pollution mixte résulte de la
combinaison entre les différents types de pollution, comme par exemple les
pollutions marine et industrielle lorsque des installations industrielles sont
situées en bord de mer.
II. 5 Conséquence de la pollution
Lorsque l’isolateur est propre ou recouvert d’une couche de pollution
sèche, un très faible courant capacitif circule à sa surface. Ceci est dû aux très
faibles valeurs des conductivités volumiques de l’air, de l’isolant solide et de la
couche de pollution. On obtient ainsi une répartition électrostatique du
potentiel électrique. Par contre, lorsque la couche de pollution est humidifiée,
elle devient le siège d’un courant de conduction de valeur relativement
importante et la répartition du potentiel électrique diffère de la répartition
électrostatique.
La rupture diélectrique de l’air peut être atteinte entre deux points de la
surface isolante entraînant l’amorçage d’un arc électrique qui court-circuite une
partie de la ligne de fuite.
Trois cas peuvent se présenter selon les contraintes auxquelles est
soumis l’isolateur [13, 15].
II. 5. 1 Arc non localisé
L’arc électrique s’éteint rapidement, puis se réamorce aléatoirement à
un autre endroit et ainsi de suite. Il y a apparition d'un courant de fuite
Chapitre II Pollution des isolateurs de haute tension
20
intermittent entraînant une perte d’énergie relativement faible et généralement
supportable par l’installation [15].
II. 5. 2 Arc permanent
L’arc électrique se fixe à la surface, soit en s’y maintenant (courant
continu), soit en se réamorçant au même endroit (courant alternatif).
Cet arc peut entraîner, par effet thermique, une dégradation du support
isolant nécessitant le remplacement de l’élément défaillant [15].
II. 5. 3 Contournement des isolateurs
Le contournement d’une surface polluée et humidifiée est le résultat
d’une évolution qui comprend quatre phases principales, schématisées à la
(figure II.1). Pour simplifier la présentation, considérons le cas d’une plaque
plane rectangulaire avec deux électrodes : dans une première phase, le courant
de fuite s’écoule à travers l’électrolyte qui recouvre l’isolant. Il provoque un
échauffement de l’électrolyte qui a pour effet d’accroître la conductivité du
milieu et par suite le courant (phase 1).
• L’échauffement croissant par effet joule créé par le courant de fuit,
provoque un assèchement de la couche polluante. La zone sèche formée
a tendance à s’étendre latéralement jusqu’à l’interruption complète du
courant (phase 2).
• La tension appliquée se trouve pratiquement totalement reportée aux «
bornes » de la zone sèche et des arcs locaux sont susceptibles
d’apparaître. Au voisinage de la tête d’un arc local la constriction des
lignes de courant conduit à un élargissement de la zone sèche (phase 3).
• A partir de ce stade, l’évolution de la décharge peut se faire de
différentes façons : l’arc local peut s’éteindre (phase 4), ou bien il peut
se déplacer latéralement pour retrouver une position plus stable
correspondant à une plus faible longueur d’arc (phase 5), ou encore, il
peut s’allonger jusqu’à atteindre l’électrode et provoquer ainsi le
contournement. Dans ce cas, l’allongement de l’arc se fait à la surface
de l’électrolyte sans formation de zone sèche (phase 6).
Chapitre II Pollution des isolateurs de haute tension
21
II. 6 Mesure de la sévérité de pollution des sites
Le choix des isolateurs à installer dans le réseau ne peut se faire que si
la sévérité de pollution des différents sites concernés est connue. En effet, la
mesure de cette sévérité est indispensable afin de dimensionner
convenablement les isolateurs susceptibles d’assurer un service sans
défaillance dans un site donné [15].
La mesure de la sévérité est généralement basée sur la détermination
expérimentale de la conductance superficielle de la couche polluante ou la
détermination au laboratoire du courant de fuite d’un isolateur pollué
artificiellement [10].
Pour définir l’isolement des lignes de transport et d’établir la corrélation
entre la salinité et les niveaux de pollution naturelle, quatre classes de sévérité
Figure II.1 Etape du contournement d’une
couche polluée.
Chapitre II Pollution des isolateurs de haute tension
22
ont été définies selon le degré de pollution (concentration des agents polluants,
leur conductivité…) [15].
La mesure de la sévérité de pollution peut être effectuée selon plusieurs
méthodes.
Généralement, on se base soit sur la mesure de la conductivité des
agents polluants, soit sur le courant de fuite.
Les essais de laboratoires sont valables dans la mesure où les conditions
d'essais conduisent aux mêmes valeurs de courant de fuite observées sur site.
II.7 Méthodes d’essais sous pollution
Afin de comparer les performances de divers types d’isolateurs et de
sélectionner ceux qui présentent le meilleur comportement sous pollution, il est
nécessaire de les soumettre à des essais.
Pour effectuer ces essais, nous distinguons deux principales méthodes
d’essai à savoir les essais sous pollution naturelle et les essais sous pollution
artificielle. Ces essais peuvent être effectuées dans les conditions naturelles
(sur site) ou au laboratoire.
II. 7. 1 Essai sous pollution naturelle
On installe, dans différents sites pollués, des stations dans lesquelles on
observe et analyse le comportement d’un certain nombre de chaînes
d’isolateurs ou colonnes isolantes de longueurs et de profils différents. Les
qualités respectives de ces isolateurs soumis à une même tension sont
appréciées en se basant sur le courant de fuite ou la conductivité superficielle.
Cependant la durée relativement longue (parfois plusieurs années) que
nécessitent ces essais est le principal inconvénient [20].
Pour cela, plusieurs méthodes de laboratoire ont été proposées en vue
de simuler convenablement les conditions naturelles d’exploitation.
Sachant que les dépôts polluants se trouvent fortement concentrés
autour du capot et de la tige. Pour les isolateurs comportant des jupes,
l'accumulation est d'autant plus importante qu'il y a de jupes et que celles-ci
soient plus longues et plus rapprochées.
Le contournement concerne particulièrement les chaînes d’alignement ;
les ancrages sont en général épargnés en raison d'une ligne de fuite importante
Chapitre II Pollution des isolateurs de haute tension
23
et de la position horizontale des chaînes (mieux nettoyées par le vent et la
pluie) [21].
II. 7. 2 Essais sous pollution artificielle
Les essais au laboratoire sont basés sur la simulation de la couche de
pollution par des solutions réparties à la surface de l’isolateur et dont la
conductivité peut être modifiée.
Afin de valider les essais sous pollution artificielle, il a été nécessaire de
comparer les performances des isolateurs mis sous essais au laboratoire à celle
des isolateurs en exploitation dans des conditions naturelles de pollution.
Une première approche consiste à rechercher une méthode qui simule le
mieux possible les conditions naturelles de pollution, en tenant compte de la
répartition non uniforme de la pollution.
Une deuxième approche consiste à rechercher une méthode de
laboratoire susceptible de fournir des résultats reproductibles, afin de faciliter
la comparaison des performances des différents types d’isolateurs [13, 20].
Les méthodes d’essai qui demeurent actuellement normalisé sont : la
méthode du brouillard salin et la méthode de la couche solide [20].
II. 7. 2. 1 Méthode des couches solides
Dans ces méthodes la surface isolante est recouverte par pulvérisation
d’une couche de pollution solide constituée de chlorure de sodium et d’un
agent liant inerte. La conductivité de cette suspension est réglée par addition
d’une certaine quantité de chlorure de sodium.
Si l’humidification s’effectue après application de la tension (méthode
du brouillard à vapeur), le paramètre de sévérité est défini par la densité de
dépôt de sel en mg/cm2. Si l’humidification a lieu avant l’application de la
tension, le paramètre de sévérité est défini par la conductivité de la couche
polluante [20]. Certains chercheurs [15] ont utilisé une peinture semi-
conductrice comme agent polluant [9].
II. 7. 2. 2 Méthode du brouillard salin
La surface isolante est alimentée par une tension de service, maintenue
constante durant tous les essais et soumise à un brouillard salin. La solution
saline, utilisée dans la méthode du brouillard salin, représente assez bien la
Chapitre II Pollution des isolateurs de haute tension
24
pollution marine contenant un peu de matière insoluble, ou bien la pollution
industrielle ayant une couche de pollution relativement mince [15].
Le degré de salinité exprimé en kg de sel par m3 de solution, définit le
paramètre de sévérité. Les valeurs de salinité appliquée en référence aux
conditions de pollution sont choisies selon une progression allant de 2,5 à 160
kg/m3 [15].
II. 8 Techniques de lutte contre la pollution
L’augmentation du degré de pollution représente un risque immense
pour les installations électriques [8]. Pour cela plusieurs techniques de lutte
contre la pollution sont utilisées.
II.8.1. Allongement de la ligne de fuite
Cette méthode permet d’adapter le dimensionnement aux nouvelles
conditions de pollution. Deux techniques sont utilisées :
Le changement de type d’isolateur (pour rallonger la ligne de fuite) :
c’est une technique très coûteuse et souvent impossible à réaliser en
poste.
L’utilisation de prolonger de ligne de fuite en matériaux polymères, qui
sont collés sur la surface des isolateurs existants.
II.8.2. Isolateurs plats
Les isolateurs sans nervures ont la propriété d’accumuler moins de
pollution que les isolateurs traditionnels et s’auto nettoient sous l’effet du vent
[12].
II.8.3. Graissage périodique
Par mesure économique, seule les isolateurs de postes sont concernés
[8]. On utilise des graisses silicones. Grâce à ses propriétés hydrophobes, la
graisse protège temporairement les isolateurs.
Chapitre II Pollution des isolateurs de haute tension
25
II.8.4. Revêtement silicone
Cette méthode consiste à appliquer, par pulvérisation ou au pinceau, un
caoutchouc silicone qui se vulcanise à température ambiante à la surface des
isolateurs. Ce revêtement protège les isolateurs et améliore leurs tenues sous
pollution.
II.8.5. Les isolateurs composites
Ils ont de bonnes propriétés hydrophobes et peuvent être utilisés dans
des conditions de pollution très sévères [16]. Cependant, ces isolateurs, revêtus
d'un polymère voient leurs caractéristiques changer au cours du temps ; ils
peuvent vieillir sous l’effet des différentes contraintes (électriques et
climatiques) auxquelles ils sont soumis en service.
II.8.6. Nettoyage des isolateurs
Le nettoyage manuel et le lavage périodique hors tension sont
fréquemment utilisés à travers le monde [8]. Néanmoins, l’application de ces
méthodes pose des problèmes majeurs à cause des interruptions de service,
parfois assez longues. Pour éviter ces coupures, un lavage sous tension des
isolateurs est réalisé à l’aide d’installations fixes ou mobiles. Dans les deux
cas, il est effectué cône
Selon des règles strictes concernant la qualité de l’eau du lavage, le
processus du lavage et les distances de sécurité, et ce afin d’éliminer tout risque
de contournement pendant le lavage [12].
II.9 Conclusion
La pollution des isolateurs est un facteur essentiel dont il faut tenir
compte dans la conception des lignes électriques de haute tension de transport
d’énergie électrique.
Pour mieux dimensionner les chaînes d’isolateurs, il est indispensable
de connaître la sévérité de la pollution des sites concernés. La connaissance de
cette sévérité consiste à étudier les différents paramètres qui définissent l’état
de dégradation de l’isolation. Pour cela, plusieurs modèles théoriques et
Chapitre II Pollution des isolateurs de haute tension
26
expérimentaux sont présentés afin de se rapprocher de la réalité, tout en
aboutissant à des résultats rapides et technico-économique ment valables.
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
27
III.1 Introduction
Dans notre travail, nous allons étudier le comportement del’isolateur de
moyenne tension 175 CTV. Dans le cas de la pollution uniforme avec différentes
conductivités et plusieurs niveaux de pollution.
Les essais expérimentaux sont effectués au sein du laboratoire de haute
tension de l’université de Biskra.
III.2 Dispositif expérimental
III.2.1 Circuit d’essai du laboratoire de Haute tension (Université de Biskra)
Les essais sont effectués dans le laboratoire de haute tension de l’université de
Biskra.
Notre laboratoire est constitué de deux sources de tensions :
Une source de tension à fréquence industrielle 50Hz.
un générateur de tension continue.
un générateur de tension impulsionnelle.
III .2.1.1 Équipement de la station d'essai
La station d’essai de notre laboratoire comprend les organes suivants :
Un transformateur d'essai.
un transformateur de réglage.
des diviseurs de tension.
un pupitre de commande et des appareils de mesure et de protection.
III.2.1.2 Transformateur d'essai
Nous avons utilisé un transformateur d'essai conçu et isolé pour la génération
de haute tension. Il a un rapport de transformation de 250V / 100kV, avec une
puissance de 5 kVA.
Ce transformateur permet la variation de la haute tension au secondaire de 0 à pleine
tension.
III.2.1.3 Transformateur de réglage
Nous permettons la variation de la tension aux bornes du transformateur
d'essai.Son rapport de transformation est de 220V/250V.
III.2.1.4 Pupitre de commande
Ce pupitre est alimenté sous une tension de 220V. Ce pupitre nous permet la
variation automatique de la tension d'essai. (Photo III.1).
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
28
III.2.1.5 Appareils de mesure et de protection
L’alimentation du laboratoire se fait à partir d’un pupitre de
commande situé dans le laboratoire, mais à l’extérieur de la plate-forme d’essai (la
cage de faraday). Le transformateur de haute tension et son régulateur sont protégés
indépendamment par un fusible et un relais thermique de 250A. Ces protections sont
liées avec le circuit de la bobine du contacteur principal, ce qui donne une protection
suffisante contre les surcharges du transformateur et les courants de court-circuit.
Pour les mesures de tension on a :
DSM : un voltmètre numérique pour mesurer la tension alternatif.
DGM : un voltmètre numérique pour mesurer la tension continue.
Un voltmètre et ampèremètre pour mesurer la tension et le courant respectivement
primaire au niveau du transformateur d’essai.
III.2.1.6 Diviseur de tension
Il existe deux diviseurs de tension :
Un diviseur de tension capacitif pour la mesure de la tension à fréquence
industrielle.
Un diviseur de tension résistif pour la mesure de la tension continue.
Photo III.1 Photo du pupitre de commande numérique du laboratoire de
haute tension de l’université de Biskra.
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
29
III.3. Application de la couche de pollution
La pollution artificielle est préparée selon la norme CEI 507. Les solutions salines
sont à base de chlorure de sodium (NaCl) et de l'eau distillée.
La pollution (eau distillé + NaCl) est préparée au sein du laboratoire de
chimie de l’université de Biskra :
La pollution est introduite comme suit tableau III.1
Zone 1 Zone 2 Zone 3
Tension de
contournement
N1 11.66 13.33 23.33
N2 23.33 26.66 46.66
N3 34.98 39.99 69.99
III.4 Essais sous pollution artificielle
La(Photo III.2)représente un isolateur neuf (bien nettoyé).Pour les essais de
cas propre.
FigureIII.2 : un isolateur 175 CTV neuf
III.4.2 Essai Expérimental
III.4.3 Evolution de tension de contournement
Le but de cet essai est de déterminer la tension de contournement de
l’isolateur 175 CTV en fonction du niveau et de sévérité de la pollution.
TableauIII.1 : partition des zones polluées sur les niveaux.
Les zones
Les niveaux(g/l)
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
30
Pour réaliser cet objectif nous devons appliquée une tension et faire
l’augmenter jusqu’à l’obtenir d’un contournement de l’isolateur.
Nous devons déterminer la tension de contournement à l’état propre et pour la
suite introduire la pollution par sévérité et par niveau.
Au cours de l’expérience nous avons mentionnés l’évolution de la tension de
contournement comme suit.
1- Apparition de l’effet couronne dans les environs de 16.8÷21.48 kV, quel
que soit la conductivité.
2- Contournement de l’isolateur (Figure III.3).
Figure III.3 Evolution du contournement
III.4.4 Tension de contournement
Dans cette étude nous analysons l’influence de la conductivité et les niveaux sur
la tension de contournement.
III.4.5 Mesure de la tension de contournement pour différentes conductivités
L'essai de contournement est effectué juste après avoir humidifié l'isolateur
par la solution saline. L'isolateur est rendu propre et sec comme déjà mentionné,
nous répétons l'essai de contournement cinq fois pour chaque solution saline. La
valeur de la tension de contournement sera la valeur moyenne des cinq valeurs
obtenues. Les essais sont sous tension
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
31
Les résultats des essais pour les différentes conductivités et différents niveaux de
pollution sont montrés au les tableaux suivants :
III.5.1Essai propre (pour un élément)
T = 27 °c ; h =28 % / T : température, h : humidité ,ܷ :tension de contournement
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 66.64 66.64 65.52 66.08 67.2 66.41
III.5.2. Conductivité N° 1 (niveau ୀۼ° 1)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 47.04 47.04 47.6 49.22 45.92 47.36
III.5.3. Conductivité N° 1 (niveau N° 2)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 42.56 44.24 44.24 41.32 44.24 43.32
Tableau III.4 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de
Tension(8.02=ߜmS/cm Nୀ° 2)
III.5.3.Conductivité ୀۼ° 1 (niveau ୀۼ
° 3)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 39.76 39.20 39.76 39.76 39.76 39.64Tableau III.5 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne
de tension =ߜ) 8.02mS/cm Nୀ° 3).
TensionAppliquée
(KV)
N° desessais surl'isolateur
TensionAppliquée
(KV)
N° desessais surl'isolateur
Tableau III.2 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension (essaipropre)
Tableau III.3Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension
=ߜ) 8.02mS/cm Nୀ° 1)
TensionAppliquée
(KV)
TensionAppliquée
(KV)
N° desessais surl'isolateur
N° desessais surl'isolateur
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
32
III.5.5 Conductivité ୀۼ° 2 (niveau ୀۼ
° 1)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 44.24 41.44 41.44 39.76 41.44 41.66
Tableau III.6 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension =ߜ)
50.4mS/cm Nୀ° 1)
III.5.6 Conductivité ୀۼ° 2 (niveau ୀۼ
° 2)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 39.02 40.32 39.02 39.76 39.2 39.46
Tableau III.7 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension =ߜ)
50.4mS/cm Nୀ° 2)
III.5.7 Conductivité ୀۼ° 2 (niveau ୀۼ
° 3)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 38.64 36.04 36.4 35.84 36.96 36.77Tableau III.8 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension
=ߜ) 50.4mS/Nୀ° 3)
III.5.8 Conductivité ୀۼ° 3 (niveau ୀۼ
° 1)T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 34.72 35.84 40.32 40.32 39.76 38.19Tableau III.9 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension =ߜ)
93.7mS/cm Nୀ° 1).
TensionAppliquée
(KV)
TensionAppliquée
(KV)
TensionAppliquée
(KV)
TensionAppliquée
(KV)
N° desessais surl'isolateur
N° desessais surl'isolateur
N° desessais surl'isolateur
N° desessais surl'isolateur
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
33
III.5.9 Conductivité ୀۼ° 3 (niveau ୀۼ
° 2)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 36.4 39.2 38.08 36.4 36.4 37.29Tableau III.10 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension =ߜ)
93.7mS/cm Nୀ° 2).
III.5.10 Conductivité ୀۼ° 3 (niveau ୀۼ
° 3)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 34.16 32.48 29.78 22.78 22.96 29.12Tableau III.11 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension =ߜ)
93.7mS/cm Nୀ° 3)
III.5.11 Essai propre (pour 2 éléments)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 105.84 107.52 105 106 107.52 106.37Tableau III.12 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne
de la tension.
III.5.12 Conductivité ୀۼ° 1 (niveau ୀۼ
° 1)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 84 87.36 89.04 88 84 86.48Tableau III.13 Les essais effectués pour obtenir la valeur
Moyenne de la tension =ߜ) 8.02 ms/cm Nୀ° 1).
TensionAppliquée
(KV)
TensionAppliquée
(KV)
TensionAppliquée
(KV)
TensionAppliquée
(KV)
N° desessais surl'isolateur
N° desessais surl'isolateur
N° desessais surl'isolateur
N° desessais surl'isolateur
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
34
III.5.13 Conductivité ୀۼ° 1 (niveau ୀۼ
° 2)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 80.64 82.32 78.96 80.64 80 80.51Tableau III.14 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de la
Tension =ߜ) 8.02mS/cm Nୀ° 2).
III.5.14 Conductivité ୀۼ° 1 (niveau ୀۼ
° 3)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 47.04 72.24 73.08 70.06 47.04 61.89Tableau III.15 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension =ߜ)
8.02mS/cm Nୀ° 3)
III.5.15 Conductivité ୀۼ° 2 (niveau ୀۼ
° 1)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 84 78.96 80.64 80.64 80.64 80.97Tableau III.16 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de
tension =ߜ) 50.4mS/cm Nୀ° 1).
III.5.16 Conductivité ୀۼ° 2 (niveau ୀۼ
° 2)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 68.88 67.2 67 67 67.2 67.45Tableau III.17 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne
de tension =ߜ) 50.4mS/cm Nୀ° 2).
TensionAppliquée
(KV)
TensionAppliquée
(KV)
TensionAppliquée
(KV)
TensionAppliquée
(KV)
N° desessais surl'isolateur
N° desessais surl'isolateur
N° desessais surl'isolateur
N° desessais surl'isolateur
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
35
III.5.17 Conductivité ୀۼ° 2 (niveau ୀۼ
° 3)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 36.96 38.08 38.08 38.9 38.08 38.02Tableau III.18 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne
de tension =ߜ) 50.4mS/cm Nୀ° 3).
III.5.18 Conductivité ୀۼ° 3 (niveau ୀۼ
° 1)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 71.68 80.08 77.28 80.08 77 77.22Tableau III.19 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne De tension =ߜ)
93.7mS/cm Nୀ° 1).
III.5.19 Conductivité ୀۼ° 3 (niveau ୀۼ
° 2)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 73.92 66.08 61.6 66 60 65.52Tableau III.20 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne de tension =ߜ)
93.7mS/cm Nୀ° 2).
III.5.20Conductivité ୀۼ° 3 (niveau ୀۼ
° 3)
T =26 °c ; h = 28 %
1 2 3 4 5 Moyenne
U c 34.72 33.6 34.16 33 33 33.69Tableau III.21 Les essais effectués pour obtenir la valeur moyenne
de tension =ߜ) 93.7mS/cm Nୀ° 3).
TensionAppliquée
(kV)
TensionAppliquée
(KV)
TensionAppliquée
(KV)
TensionAppliquée
(KV)
N° desessais surl'isolateur
N° desessais surl'isolateur
N° desessais surl'isolateur
N° desessais surl'isolateur
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
36
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10025
30
35
40
45
50
55
60
65
70
conductivitésup e rficie lle (m s/cm )
ten
sio
nd
ec
on
tou
rne
me
nt
(kV
)
N1
N2
N3
III.5.21 Tension de contournement en fonction des différentes conductivités etniveaux de la pollution.
8.02 50.4 93.7
propre 66.41 66.41 /N1 47.36 41.66 38.19N2 43.32 39.46 37.29N3 39.64 36.77 29.12
TableauIII.22 Tension de contournement en fonctiondes
Différentes conductivités et niveaux de la pollution
III .6 .Influence de la conductivité sur la tension de contournement
La (Figure III.4) présente la variation de la valeur efficace de la tension de
contournement, en fonction de la conductivité. Les valeurs de la tension de
contournement sont obtenues pour trois conductivités.
1) Pour un élément
Figure. III.4Influence de conductivité sur la tension de contournement (pour un élément)
Conductivitéms/cmLes niveaux
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
37
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10020
40
60
80
100
120
conductivitésup e rficie lle (m s/cm )
ten
sio
nd
ec
on
tou
rne
me
nt
(kV
)
N1
N2
N3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10030
40
50
60
70
80
90
100
110
conductivitésup e rficie lle (m s/cm )
ten
sio
nd
ec
on
tou
rne
me
nt
(kV
)
1 e le m e nt
2 e le m e nts
2) Pour deux éléments
Figure. III.5Influence de conductivité sur la tension de contournement(pour deuxéléments)
3) pour niveau de pollution N1
Figure III.6 Influence de conductivité sur la tension decontournement pourNୀ
° 1
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
38
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10030
40
50
60
70
80
90
100
110
conductivitésup e rficie lle (m s/cm )
ten
sio
nd
ec
on
tou
rne
me
nt
(kV
)
1 e le m e nt
2e le m e nts
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10020
30
40
50
60
70
80
90
100
110
conductivitésup e rficie lle (m s/cm )
ten
sio
nd
ec
on
tou
rne
me
nt
(kV
)
1e le m e nt
2e le m e nts
4) Pour niveau de pollution Nୀ° 2
Figure III.7 Influence de conductivité sur la tension decontournement pourNୀ
° 2
5) pour niveau de pollutionNୀ° 3
Figure III.8Influence de conductivité sur la tension de contournement pourNୀ° 3
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
39
0 0.5 1 1.5 2 2.5 325
30
35
40
45
50
55
60
65
70
nive aude p ollution
ten
sio
nd
ec
on
tou
rne
me
nt
(kV
)
se gm a1
se gm a2
se gm a3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 330
40
50
60
70
80
90
100
110
nive aux de p ollution
ten
sio
nd
ec
on
tou
rne
me
nt
(kV
)
se gm a1
se gm a2
se gm a3
III.7Influence du niveau de pollution sur la tension de contournement
La (Figure III.9) présente la variation de la valeur efficace de la tension de
contournement, en fonction de niveau de pollution. Les valeurs de la tension de
contournement sont obtenues pour troisniveaux
1) pour un élément
Figure III.9 Influence du niveau de pollution sur la tension decontournement (pour un élément)
2) Pour deux éléments
Figure III.10 Influence du niveau de pollution sur la tension de contournement
(pour deux éléments)
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
40
0 0.5 1 1.5 2 2.5 330
40
50
60
70
80
90
100
110
nive aux de p ollution
ten
sio
nd
ec
on
tou
rne
me
nt
(kV
)
1e le m e nt
2e le m e nts
0 0.5 1 1.5 2 2.5 330
40
50
60
70
80
90
100
110
nive aux de p ollution
ten
sio
nd
ec
on
tou
rne
me
nt
(kV
)
1e le m e nt
2e le m nts
3) Pour Conductivité σ1=8.02mS/cm
Figure III.11 Influence de niveau de pollution segma1=δ1=8.02mS/cm sur la tension decontournement.
4) Pour Conductivité σ2 =50.4mS/cm
Figure III.12Influence de niveau de pollution segma2=δ2=50.4/cm sur la tension decontournement.
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
41
0 0.5 1 1.5 2 2.5 320
40
60
80
100
120
nive aux de p ollution
ten
sio
nd
ec
on
tou
rne
me
nt
(kV
) 1e le m e nt
2e le m e nts
5) Pour Conductivité σ3=93.7mS/cm
Figure III.13 Influence de niveau de pollution segma1=δ3=93.7mS/cm sur la tension decontournement
III.8Influence du nombre des éléments sur la tension de contournement
La (Figure III.14) présente la variation de la valeur efficace de la tension de
contournement, en fonction du nombre des éléments. Les valeurs de la tension de
contournement sont obtenues pour troisniveaux
. D’après les figures (Figure III.4, … 19), on constate que :
L’augmentation de la conductivité superficielle entraîne une diminution de la
tension de contournement, c-à-d. pour une conductivité donnée, la surface de
l’isolateur devient plus conductrice, ce qui provoque le contournement de l'isolateur
pour des faibles niveaux de tension.
Le niveau de pollution agit fortement sur la surface de l’isolateur qui conduit
finalement le contournement de l’isolateur, ce qui conduit à la détérioration de
l’isolateur.
Chapitre III Techniques Expérimentales et Résultats
42
III.5 Conclusion
Dans ce chapitre nous avons présenté les résultats des différents essais
effectuésau laboratoire de haute tension à l’université de Biskra.
Pour l’obtention desrésultats performants desessais de haute tension sur les
isolateurs, il faut tenir compte de plusieurs précautions :
Il faut bien nettoyer l’isolateur avant chaque essai pour ne pas modifier la
conductivité de la solution saline.
Il faut utiliser bien la seringue pour remplir l’espacement entre les anneaux.
D’après les essais effectués, on a abouti aux résultats suivant :
-Le niveau de pollution influe directement sur la tension de contournement des
isolateurs. En effet, l’augmentation du niveau de pollution des isolateurs diminue
énormément la tension de contournement, donc la tension de tenue.
- L'augmentation de la conductivité superficielle de l'isolateur entraîne une
augmentation du courant de contournement.
Conclusion Générale
Ce travail est consacré à l’étude expérimentale du comportement d’un
isolateur 175 CTV exposé aux différentes conditions de pollution réalisée au
laboratoire de la haute tension de l’université de Biskra.
La pollution des isolateurs est un facteur essentiel dont il faut tenir compte
dans la conception des lignes électriques de haute tension de transport d’énergie
électrique.
Pour mieux dimensionner les chaînes d’isolateurs, il est indispensable de connaître la
sévérité de la pollution des sites concernés. La connaissance de cette sévérité consiste
à étudier les différents paramètres qui définissent l’état de dégradation de l’isolation.
Les principaux résultats que nous pouvons conclure sur la base des essais
effectués sur l’isolateur avec un seuil élément et deux éléments sont les suivants :
Le niveau de pollution influe directement sur la tension de contournement des
isolateurs. En effet, l’augmentation du niveau de pollution des isolateurs
diminue énormément la tension de contournement, donc la tension de tenue.
L'augmentation de la conductivité superficielle de l'isolateur entraîne une
augmentation du courant de contournement.
En perspectives de nos travaux, nous suggérons :
Tester la variation de la tension d’arc en fonction de la conductivité
Voir la variation du courant d’arc en fonction de la conductivité et des
niveaux.
. Augmenter le nombre de niveaux de pollution
Utiliser les méthodes d’intelligences artificielles pour prévoir la
tension de contournement
Résumé
Le travail effectué étudie l’influence de la pollution sur la tension de contournement
d’un modèle réel d’une chaine d’isolateur moyenne tension 175 CTV. Cette étude est réalisée
à travers des essais expérimentaux faite au laboratoire de la haute tension à l’université
Mohamed Kheidhar, Biskra.
Les essais du contournement sont réalisés pour différents niveaux de pollution et
conductivités et différents d’éléments.
Mots clés : Isolateur MT, Contournement, pollution artificielle, niveau de pollution,
conductivité, élément.
Summary
The work studies the influence of pollution on the flashover voltage of a real model of
a string insulator average tension175 CTV. This study was conducted through experimental
tests made in the laboratory of the high voltage of Mohamed Kheidhar University, Biskra.
The tests are executed with various levels of pollution and conductivity and different
elements.
Keywords: MT Insulator, artificial pollution, pollution levels, conductivity.
ملخص
الصناعي علي توتر الالحاطة لعازل نموذج حقیقي تأثیر التلوثیدرس العمل المنجز
175CTVذو التوتر المتوسط.
وعدد ةوالنا قلیمستوي التلوثبسكرة بتغیر العالي بجامعة مخبر التوترتمت في التجارب
.المكونة للعازلالعناصر
.ناقلیھ,تلوثمستوي ال,تلوث اصطناعي,عازل التوتر المتوسط:الكلمات المفتاحیة