Causes de décharge partielle dans l'appareillage haute tension

Les décharges partielles sont l’un des signes avant-coureurs les plus importants de détérioration de l’isolation dans les appareillages haute tension. Bien qu'une décharge partielle ne comble pas complètement l'isolation entre les conducteurs, une activité de décharge répétée peut progressivement endommager le système d'isolation et augmenter le risque de défaillance de l'isolation, de contournement et d'arrêt inattendu de l'équipement.

Comprendre les causes des décharges partielles aide les ingénieurs électriciens à identifier les défauts à un stade précoce et à améliorer la fiabilité des appareillages tout au long de leur durée de vie.

Qu’est-ce qu’une décharge partielle ?

Une décharge partielle est une décharge électrique localisée qui se produit dans une partie seulement d'un système d'isolation. Il peut se développer à l’intérieur d’un vide rempli de gaz, le long d’une surface isolante, autour d’un bord tranchant d’un conducteur ou à proximité d’un défaut dans un diélectrique solide ou composite.

Le phénomène est généralement associé à une concentration locale de stress électrique. Lorsque le champ électrique local dépasse la résistance d’une zone faible, une courte décharge se produit. La décharge peut être brève et faible, mais une activité répétée peut progressivement affaiblir l'isolation environnante.

La CEI 60270 définit des méthodes basées sur la charge pour mesurer les décharges partielles dans les appareils, composants et systèmes électriques testés avec une tension alternative ou continue. La norme traite également des circuits de mesure, de l'étalonnage, de la mesure numérique et de la séparation des signaux de décharge partielle des interférences externes.CEI 60270:2025

Comment une décharge partielle endommage l’isolation

1. Dommages chimiques causés par des particules chargées

Lors d'une décharge partielle, les électrons et les ions se déplacent à travers la région faible de l'isolation. Ces particules chargées à haute énergie entrent en collision avec des molécules isolantes et peuvent rompre les liaisons chimiques.

Des bombardements répétés peuvent provoquer :

1、Décomposition des chaînes polymères

2、Érosion de surface

3、Formation de chemins carbonés conducteurs

4. Dégradation chimique de la résine époxy et d'autres matériaux isolants

5、Une réduction progressive de la rigidité diélectrique

En isolation solide, ce processus peut agrandir une cavité interne ou créer un canal arborescent. Une fois que le défaut devient suffisamment important, l'isolation peut ne plus résister à la tension de fonctionnement normale ou à une surtension temporaire.

2. Dommages thermiques et oxydatifs

Une décharge partielle produit également de la chaleur localisée. Bien que l'énergie moyenne d'une décharge individuelle puisse être faible, des impulsions répétées concentrées dans la même zone peuvent augmenter la température de l'isolation environnante.

La contrainte thermique qui en résulte peut conduire à :

1、Surchauffe locale

2、Fissuration oxydative

3、Fusion ou carbonisation de matériaux polymères

4、Perte de résistance mécanique

5、Expansion des fissures et des vides internes

Les dommages thermiques et chimiques se renforcent souvent mutuellement. À mesure que la surface de l’isolation devient plus rugueuse ou plus conductrice, le champ électrique local devient moins uniforme, ce qui peut accélérer l’activité de décharge.

Appareillage haute tension et son système d'isolation

L'appareillage de commutation haute tension est un ensemble complexe qui combine des conducteurs, des dispositifs de commutation, des jeux de barres, des composants d'isolation, des boîtiers de mise à la terre et des systèmes de contrôle.

Selon la conception, les matériaux typiques peuvent inclure :

1, résine époxy

2. Silicone ou autres plastiques techniques

3、Air ou gaz isolant

4. Hexafluorure de soufre dans les équipements isolés au gaz applicables

5、Isolation céramique ou composite

6. Cuivre, aluminium et autres matériaux conducteurs

La combinaison de différents matériaux et géométries crée de multiples emplacements où une décharge partielle peut se produire. La qualité de fabrication, la précision de l'assemblage, la tension de fonctionnement, la température, l'humidité, la contamination et le vieillissement de l'isolation peuvent tous influencer le comportement des DP.

Pour les applications d'appareillage de commutation, les exigences pertinentes dépendent de la conception de l'équipement et de la classe de tension. La série CEI 62271 couvre les appareillages de commutation et de contrôle haute tension, y compris les équipements utilisant une isolation solide et des gaz isolants.Série CEI 62271

Principales causes de décharge partielle dans les appareillages haute tension

1. Défauts dans le processus de fabrication de l’isolation

Les défauts de fabrication comptent parmi les sources les plus courantes de décharges partielles dans les appareillages à isolation solide.

Vides internes et bulles d'air

Lors du moulage, du moulage ou de l'encapsulation d'époxy, des bulles d'air peuvent rester à l'intérieur de l'isolant. Ces vides ont une rigidité diélectrique inférieure à celle de l'isolation solide environnante.

Lorsqu’une tension est appliquée, le champ électrique à l’intérieur du vide devient supérieur au champ moyen dans le matériau solide. Ceci est lié à la différence entre la constante diélectrique du gaz à l’intérieur du vide et celle de l’isolation environnante.

En conséquence, le gaz présent dans la cavité peut se décomposer avant l'isolation principale. Chaque décharge peut agrandir le vide, endommager sa surface et éventuellement réduire la résistance globale de l'isolation.

Particules étrangères et contamination des matériaux

Les particules métalliques, la poussière, l'humidité et autres impuretés introduites lors de la production peuvent créer des points faibles locaux. La contamination conductrice peut déformer le champ électrique ou former un chemin de décharge entre différentes régions de l'isolation.

Les causes typiques incluent :

1、Conditions de coulée mal contrôlées

2、Nettoyage inadéquat avant l’assemblage

3. Stockage inapproprié des composants d'isolation

4. Durcissement insuffisant de la résine époxy

5、Contamination pendant le transport ou l’installation

Un seul défaut interne peut ne pas provoquer une défaillance immédiate, mais il peut devenir plus actif à mesure que l'équipement vieillit ou fonctionne sous des contraintes électriques accrues.

2. Répartition inégale du champ électrique

Un champ électrique uniforme est essentiel pour des performances d’isolation fiables. Toute pointe pointue, surface irrégulière ou objet conducteur flottant peut augmenter le champ électrique local et déclencher une décharge partielle.

Bavures et arêtes vives sur les conducteurs

Les bavures des barres omnibus, les angles vifs, les bords des conducteurs non finis et les électrodes mal formées peuvent produire une forte concentration de champ électrique.

Cet effet est particulièrement significatif autour de :

1. Joints de barres omnibus

2. Bornes de câble

3、Déplacer les contacts

4、Connexions boulonnées

5、Composants de blindage

6. Inserts conducteurs à l'intérieur de l'isolation moulée

Même lorsque la tension de fonctionnement moyenne se situe dans les limites nominales de l'équipement, le champ local à proximité d'une arête vive peut dépasser le niveau de début de décharge.

Particules métalliques lâches ou flottantes

Les particules métalliques à l'intérieur de l'enceinte de l'appareillage peuvent se charger électriquement ou se déplacer sous l'influence du champ électrique. Leur position et leur potentiel peuvent changer pendant l'exploitation, créant des conditions de terrain instables.

Ces particules peuvent provoquer :

1、Amélioration du champ local

2、Décharge de surface

3. Impulsions de décharge intermittentes

4、Suivi de l'isolation à proximité

5、Modèles PD instables

C'est l'une des raisons pour lesquelles la propreté et des procédures d'assemblage strictes sont importantes lors de la fabrication et de la maintenance des appareillages de commutation.

Surfaces isolantes contaminées ou rugueuses

La poussière, l'humidité, l'huile et d'autres contaminants peuvent réduire la ligne de fuite effective sur une surface isolante. Une surface rugueuse ou endommagée crée également de petites concentrations de champ où la décharge en surface peut commencer.

La contamination des surfaces est particulièrement importante dans les équipements exposés à :

1. Humidité élevée

2. Poussière conductrice

3. Brouillard salin

4、Pollution industrielle

5、Condensation

6、Mauvaise ventilation

Le nettoyage seul peut ne pas résoudre définitivement le problème si la surface de l’isolation présente déjà des traces, des fissures ou une érosion.

Défauts dans le boîtier mis à la terre

Le boîtier métallique fournit normalement un blindage et un potentiel de référence contrôlé. Cependant, des soudures rugueuses, des pores, des inclusions de scories et d'autres défauts de fabrication peuvent créer des conditions de champ électrique irrégulières à proximité du boîtier mis à la terre.

Ces défauts peuvent interagir avec l’isolation ou les pièces conductrices à proximité et augmenter le risque de décharge. La qualité de la soudure, la géométrie du boîtier, la continuité de la mise à la terre et les jeux internes doivent donc être vérifiés lors de la fabrication et de l'inspection.

3. Médias diélectriques non uniformes

Les appareillages de commutation modernes utilisent souvent des systèmes d'isolation composites dans lesquels plusieurs matériaux travaillent ensemble. Par exemple, la résine époxy peut être combinée avec des plastiques techniques, des gaz isolants, des inserts conducteurs et des entrefers.

Chaque matériau possède des propriétés électriques et thermiques différentes. Si les interfaces sont mal conçues ou fabriquées, le champ diélectrique peut ne pas être réparti uniformément.

Les problèmes potentiels incluent :

1. Mauvaise liaison entre les différents matériaux isolants

2. Constantes diélectriques inégales

3、 Lacunes aux interfaces matérielles

4、Délaminage interne

5. Humidité emprisonnée entre les couches

6、Vides autour des conducteurs intégrés

Les bulles internes et les impuretés peuvent encore accroître la non-uniformité du milieu diélectrique. Sous tension de fonctionnement, ces régions peuvent subir des contraintes électriques plus importantes que l'isolation environnante et devenir le point de départ d'une décharge partielle.

Autres facteurs qui influencent la décharge partielle

Les décharges partielles ne sont pas uniquement causées par des défauts de fabrication. Plusieurs conditions opérationnelles et environnementales peuvent augmenter l’activité de rejet.

Tension de fonctionnement

À mesure que la tension appliquée augmente, le champ électrique dans les régions faibles augmente également. Un défaut qui reste inactif à une tension normale peut produire une décharge mesurable lors d'un événement de surtension, d'un test de tenue ou d'une augmentation temporaire de la tension du système.

Température

La température affecte les propriétés d'isolation, la pression du gaz, la dilatation des matériaux et l'état des interfaces. La dilatation thermique peut élargir les espaces existants ou exercer une contrainte supplémentaire sur les composants isolants collés.

Humidité et condensation

L'humidité peut réduire la résistance d'isolation de la surface et favoriser la décharge en surface. La condensation est particulièrement dangereuse lorsque de l'air chaud et humide pénètre dans un compartiment d'appareillage plus froid.

Vieillissement de l'isolation

Les contraintes électriques, thermiques et mécaniques à long terme peuvent provoquer le vieillissement de l’isolation. Le vieillissement peut produire des fissures, une décoloration, une érosion, un délaminage et une absorption accrue d'humidité, ce qui peut rendre plus probable une décharge partielle.

Contraintes mécaniques et vibrations

Des connexions desserrées, des vibrations et des dilatations thermiques répétées peuvent créer de petits espaces entre les composants isolants. Ces espaces peuvent devenir des emplacements de décharge, en particulier à proximité des jeux de barres, des terminaisons de câbles et des conducteurs intégrés.

Détection d'une décharge partielle dans un appareillage de commutation

Les tests PD sont utilisés pour identifier l’activité de décharge avant qu’elle ne se transforme en une grave défaillance d’isolation. En fonction de l'équipement et de l'objectif du test, les ingénieurs peuvent évaluer la charge apparente, l'ampleur de la décharge, les modèles résolus en phase, la répétition des impulsions et les changements dans le temps.

Un test fiable doit inclure :

1. Un instrument de mesure et un agencement de capteurs appropriés

2、Calibrage approprié du système de mesure

3. Contrôle efficace des interférences externes

4. Mise à la terre et blindage corrects

5. Tension d'essai et conditions environnementales stables

6、Comparaison avec les limites techniques et les enregistrements de tests précédents

Weshine Electric est un fabricant professionnel dédié à la recherche, au développement et à la production d'équipements de test et de mesure haute tension. Équipée d'ateliers de production standardisés et de laboratoires d'étalonnage indépendants, l'usine suit strictement les normes CEI et les systèmes de gestion de la qualité ISO pour garantir que chaque instrument offre des performances de test stables, reproductibles et résistantes aux interférences pour les applications mondiales de l'industrie électrique.

Le testeur numérique de décharge partielle GDJF-2007 est développé indépendamment et calibré en usine par Weshine Electric. Il peut être utilisé pour la mesure et l'analyse numériques des décharges partielles dans les équipements haute tension.  Dans les applications pratiques, l'instrument peut prendre en charge l'évaluation de l'ampleur des DP, des modèles de décharge et de l'état de l'isolation. La configuration exacte des tests et les critères d’acceptation doivent être sélectionnés en fonction de la conception de l’appareillage de commutation, des normes applicables et de la documentation technique du fabricant.

Foire aux questions

Quelle est la cause la plus fréquente de décharge partielle dans les appareillages de commutation ?

Les causes courantes incluent les vides internes, les bulles d’air, les impuretés, les bords tranchants des conducteurs, la contamination des surfaces, les interfaces d’isolation médiocre et la répartition inégale du champ électrique.

Les décharges partielles peuvent-elles être vues directement ?

Habituellement, une décharge partielle n’est pas visible pendant le fonctionnement normal. Il est généralement détecté par des méthodes de mesure électriques, ultrasoniques ou autres.

Une décharge partielle signifie-t-elle toujours une panne immédiate de l'équipement ?

Non. Une décharge partielle peut se développer progressivement. Cependant, une activité PD persistante ou croissante indique une détérioration de l’isolation et nécessite une évaluation professionnelle.

Comment les bords tranchants des barres omnibus provoquent-ils une décharge partielle ?

Les arêtes vives concentrent le champ électrique. Le champ local peut devenir beaucoup plus puissant que le champ moyen, permettant ainsi à la décharge de commencer près du bord.

Comment réduire les décharges partielles dans les appareillages de commutation ?

Les mesures efficaces comprennent l'amélioration de la fabrication de l'isolation, l'élimination des bavures, le contrôle de la propreté, la prévention de l'humidité, l'optimisation de la classification du champ électrique, l'amélioration de la mise à la terre du boîtier et la réalisation régulière de tests de DP.

Conclusion

Les décharges partielles dans les appareillages haute tension sont généralement le résultat d'une combinaison de défauts d'isolation, de concentration de champ électrique, de matériaux diélectriques non uniformes, de conditions environnementales et de vieillissement à long terme.

Les vides internes, les impuretés, les bords tranchants des barres omnibus, les particules métalliques flottantes, les surfaces contaminées et les interfaces mal isolées peuvent tous créer des contraintes électriques locales. Une fois la décharge commencée, l’érosion chimique et les dommages thermiques peuvent progressivement affaiblir l’isolation.

Des tests réguliers de décharge partielle fournissent des informations précieuses sur l’état de l’isolation et aident les équipes de maintenance à identifier les problèmes en développement avant qu’une panne majeure ne se produise. Pour un diagnostic précis, les tests doivent être effectués par des professionnels qualifiés utilisant un équipement correctement calibré et des procédures conformes aux normes applicables.

Soutenu par une R&D interne, une production en usine standardisée et un étalonnage de qualité strict, Weshine Electric continue de fournir des instruments de test haute tension fiables et des solutions techniques professionnelles pour la maintenance des sous-stations, l'inspection du réseau électrique et le diagnostic des systèmes électriques industriels dans le monde entier. N'hésitez pas à contacter notre équipe pour obtenir des fiches techniques, des solutions de tests personnalisées et une assistance en gros en usine.