Effet d'une interface air-isolant sur le contournement et le courant de fuite apparent à la fréquence industrielle

Abstract

Dans ce travail, nous présentons les résultats expérimentaux, simulés et empiriques relatifs à l'influence de l'épaisseur du diélectrique, la distance inter électrodes et la permittivité relative du matériau diélectrique sur la tension de contournement, le courant de fuite, la charge électrique, le champ électrique et l'impédance d'un modèle plan-plan à la fréquence industrielle 50Hz. Deux cas ont été adoptés: une plaque propre, et une deuxième sur laquelle une couche parfaitement conductrice a été déplacée dans l'intervalle inter électrodes. Dans la partie simulation, l'influence du sol a été examinée. Les valeurs simulées et empiriques ont été comparées à celles obtenues expérimentalement. Une bonne concordance a été obtenue. Nous nous proposons, dans ce travail, de contribuer à compléter les nombreux travaux cités précédemment, et à établir au moyen d'essais expérimentaux, comparés à des calculs par simulation, la relation complexe entre la capacité ou l'impédance présentée par un modèle plan-plan, puis par un modèle d'isolateur, et de nombreux paramètres électro-géométriques. Un modèle à géométrie élémentaire (plan) a été adopté. Ce choix délibérément simple a pour objectif de caractériser au mieux l'interface air-matériau diélectrique, c'est-à-dire la zone propre de l'isolateur. Pour réaliser notre objectif, de nombreux paramètres électro-géométriques ont été variés, expérimentalement puis par simulation. Notre mémoire est ainsi structuré en trois chapitres. Nous présentons, des résultats d'essais sous la fréquence industrielle de 50 Hz, des tensions de contournement et des courants de fuite sur deux modèles adoptés au laboratoire: un modèle plan-plan (chapitre I), et un modèle pollué illustrant l'isolateur 1512L utilisé au Sahara Algérien (chapitre II). Ceux-ci nous ont permis d'observer que le courant apparent mesuré (et confirmé par simulation) dépend des caractéristiques volumiques des deux milieux en présence (air-diélectrique) et l'impédance apparente présentée est donc, en réalité, influencée par la concentration volumique des lignes de champ. L'influence du sol, situé à 1.6 m du dispositif a aussi été pris en considération dans le calcul du champ. Nous montrons ainsi que le sol influe sur la zone d'amorçage de l'arc et sur la valeur du courant de fuite mesurée. Nous montrons également, après avoir établi les relations empiriques appropriées, que le modèle plan-plan élémentaire peut être efficacement exploité pour prédéterminer le comportement du modèle pollué, des deux points de vue, contournement et courant apparent. Une dernière partie (chapitre III) est consacrée à un travail de simulation, avec une plus grande gamme de variation des paramètres géométriques, en particulier l'épaisseur de l'isolant et la distance inter électrodes: nous y développons la notion de 'largeur équivalente', qui exprime l'étendue des lignes de champ, pour une configuration donnée. Pour finir, nous présentons une méthode visant à séparer la contribution de l'air et du matériau dans la capacité du système. Cette méthode a pour objectif d'évaluer le degré d'influence de l'épaisseur du matériau sur la valeur de la capacité calculée.