Isolation et diélectrique
L’essai d’augmentation du facteur de puissance mesure la perte de l’isolant à basse tension, puis à des tensions plus élevées, et indique de combien cette perte augmente. Une hausse signale des vides et des décharges partielles dans l’isolation des enroulements des grosses machines et des transformateurs de type sec.
L’essai d’augmentation du facteur de puissance, dit tip-up, prolonge la mesure ordinaire du facteur de puissance ou du facteur de dissipation de l’isolant. Au lieu d’une seule lecture à une seule tension, la perte de l’isolant est mesurée à basse tension, puis à une série de tensions plus élevées, jusqu’à un niveau déterminé par les caractéristiques de l’enroulement et la procédure. L’augmentation est l’écart entre la perte au palier le plus haut et celle du palier le plus bas, et elle montre de combien le comportement de l’isolant change quand la contrainte électrique croît. L’essai est demandé à titre de mesure facultative sur les enroulements de stator des gros moteurs et générateurs à induction et synchrones et sur les gros transformateurs de type sec refroidis par air, où l’isolation des enroulements est solide et peut contenir des vides internes. Il se réalise avec un analyseur d’isolation ou un pont capable de monter aux tensions plus élevées, et il est évalué avec le facteur de puissance ordinaire, la capacité et d’autres essais d’isolation. La question à laquelle il répond est de savoir si l’isolant conserve une perte stable quand la contrainte augmente, ou si quelque chose à l’intérieur commence à décharger et à dissiper de l’énergie supplémentaire.
Les enroulements faits de mica, de résine et de verre sont robustes dans l’ensemble, mais ils peuvent cacher des vides, des délaminations et des zones mal imprégnées, surtout dans les machines anciennes et celles soumises à des cycles thermiques, à des vibrations ou à des démarrages répétés. Une mesure à basse tension ne soumet pas ces vides à une contrainte suffisante pour qu’ils s’ionisent; l’isolant peut donc paraître sain pendant que le défaut attend la tension de service pour s’activer. Une fois la décharge amorcée dans un vide, elle érode l’isolant qui l’entoure et le processus s’entretient lui-même, ce qui peut se terminer par une défaillance de l’isolation principale, un noyau endommagé, une machine perdue et un long arrêt. L’essai d’augmentation découvre ce genre de condition pendant un arrêt planifié, assez tôt pour prévoir un rebobinage, un nettoyage avec revernissage ou un examen plus poussé par essai de décharges partielles. À la réception, il confirme la qualité du procédé de fabrication et d’imprégnation des enroulements neufs ou rebobinés et fixe une référence pour l’avenir. En entretien, il suit l’évolution des vides. Il complète les essais de résistance et de polarisation, peu sensibles à ce type de défaut, et donne une indication générale rapide que les essais de décharges partielles explorent ensuite en détail.
À basse tension, la perte diélectrique d’un isolant sain est petite et presque constante, et elle provient du matériau lui-même. Si l’isolant contient des vides remplis de gaz, rien de particulier ne se produit à basse tension, car le gaz supporte encore la contrainte. Lorsque la tension appliquée monte, la contrainte dans le gaz du vide monte avec elle et, à un certain point, le gaz s’ionise et une petite décharge survient à chaque cycle. Ces décharges dissipent de l’énergie réelle, qui apparaît sous forme de courant de perte supplémentaire en phase avec la tension, et le facteur de puissance mesuré augmente. L’augmentation mesure donc combien de vides déchargent et avec quelle intensité entre la basse et la haute tension. Un enroulement comptant peu de vides ne montre presque aucun changement de perte avec la tension, alors qu’un enroulement qui en compte beaucoup montre une hausse nette. La mesure reflète aussi d’autres effets dépendant de la tension, comme la fuite superficielle sur des chignons contaminés, l’effet couronne dans la zone des têtes de bobines et l’humidité, et une bonne procédure aide à les distinguer. Le résultat est un rapport de comportements, non une perte absolue; le sens se trouve donc dans les écarts entre enroulements semblables et entre essais successifs.
La machine ou le transformateur est mis hors tension, isolé de toute source, vérifié absent de tension et mis à la terre selon les procédures de cadenassage et de permis du propriétaire, et les conducteurs raccordés, les câbles, la protection contre les surtensions et tout dispositif électronique sont retirés de l’enroulement à l’essai. Les surfaces et les bornes de l’enroulement sont nettoyées et séchées, car la fuite superficielle et l’effet couronne des têtes de bobines fausseraient les lectures qui dépendent de la tension. Chaque enroulement de phase est mis à l’essai à tour de rôle avec les autres, et le noyau et la carcasse, reliés à la terre, ou la garde de l’instrument servent à exclure les voies sans intérêt. L’analyseur est raccordé à l’enroulement et la mesure est d’abord prise à basse tension comme lecture de base. La tension est ensuite élevée par paliers contrôlés, chacun maintenu assez longtemps pour que la lecture se stabilise, jusqu’au niveau le plus élevé que permettent les caractéristiques de l’équipement et la procédure, avec des lectures de facteur de puissance et de capacité à chaque palier. La tension est ramenée à zéro avant de déplacer les fils, et l’enroulement est mis à la terre ensuite. La température de l’enroulement, la température ambiante et l’humidité sont consignées, puisque la lecture de base comme la hausse en dépendent, et la même séquence de paliers est employée pour toutes les phases et à chaque essai ultérieur afin que les résultats puissent être comparés.
Le relevé comprend le facteur de puissance ou le facteur de dissipation et la capacité mesurés à chaque palier de tension pour chaque enroulement ou phase mis à l’essai, ainsi que l’augmentation tirée du palier le plus bas et du plus haut. Il consigne la tension d’essai à chaque palier, le montage de raccordement et de garde, la température de l’enroulement et du milieu, l’humidité relative et l’état des têtes de bobines et des bornes tel qu’il a été constaté. L’identité et l’état d’étalonnage de l’instrument sont aussi notés. Comme l’augmentation est un écart entre des lectures, la façon dont chaque palier a été réglé doit être documentée pour qu’un essai ultérieur puisse être repris palier par palier et comparé équitablement.
Aucune valeur isolée ne décide si un isolant est acceptable, et cette page n’en donne aucune. Le résultat de l’augmentation se juge de plusieurs façons employées ensemble. La première est l’ampleur de la hausse elle-même, lue en regard des recommandations de ANSI/NETA ATS-2025 pour les essais de réception et de ANSI/NETA MTS-2023 pour les essais d’entretien, et de toute limite figurant dans les données du fabricant ou la spécification de la machine. La deuxième est la comparaison entre les phases d’un même enroulement, où une phase qui se démarque des autres suggère un problème localisé. La troisième est la tendance par rapport aux résultats antérieurs de la même machine, où une augmentation croissante est plus révélatrice qu’une valeur unique. La quatrième est la lecture de l’augmentation avec le facteur de puissance de base et la capacité, puisqu’une valeur de base élevée assortie d’une hausse suggère une cause différente de celle d’une valeur de base basse assortie d’une hausse. La cinquième est le recoupement avec les résultats de décharges partielles, de résistance et de polarisation. Comme l’essai est facultatif dans les normes, les critères du propriétaire et l’expérience de l’agence d’essai pèsent dans la balance. Reportez-vous à votre propre exemplaire sous licence des normes citées pour le texte qui fait autorité.
Les essais de réception et d’entretien diffèrent par leur objectif. À la réception, l’augmentation vérifie la fabrication et l’imprégnation des enroulements neufs ou rebobinés et crée la référence; on l’exécute donc avec soin et en documentant. En entretien, elle suit le changement, et la comparaison la plus utile est celle avec les essais antérieurs du même enroulement aux mêmes paliers. La classe d’équipement conditionne le travail. Sur les gros moteurs et générateurs, les paliers de tension montent jusqu’à un niveau déterminé par les caractéristiques de l’enroulement et la procédure, et l’essai se fait phase par phase sur l’enroulement du stator, avec le rotor en place ou retiré selon la situation. Sur les gros transformateurs de type sec, la même approche s’applique aux enroulements primaire et secondaire, mais la géométrie et les espaces d’air modifient le sens des lectures. Les enroulements récemment nettoyés ou séchés donnent des résultats différents de ceux dont la surface est contaminée. L’essai est généralement jumelé aux mesures de résistance d’isolement, de polarisation, de comparaison d’impulsions et de décharges partielles, car chacune détecte des défauts que les autres peuvent manquer, et il ne les remplace pas.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Elle indique de combien la perte de l’isolant augmente quand la tension d’essai passe d’un niveau bas à un niveau plus élevé. Une faible hausse suggère un isolant sans vides internes actifs, alors qu’une hausse plus marquée suggère que des vides ou d’autres effets dépendant de la tension commencent à décharger et à dissiper de l’énergie.
À basse tension, les vides ne déchargent pas; une seule lecture à basse tension peut donc sembler saine pendant qu’un défaut attend la contrainte de service pour s’activer. Mesurer à plusieurs paliers révèle un comportement qu’un seul point ne peut montrer, et l’écart entre les paliers est l’augmentation.
Non. L’augmentation mesure la perte supplémentaire totale que produit l’activité de décharge dans tout un enroulement, ce qui donne une indication générale rapide. L’essai de décharges partielles détecte et caractérise les décharges individuelles et leurs motifs. Les deux s’emploient souvent ensemble, l’augmentation indiquant où un examen plus poussé se justifie.
Oui. La saleté, l’humidité et l’huile sur les têtes de bobines et les bornes conduisent un courant de fuite et peuvent produire un effet couronne qui varie avec la tension, ce qui accroît l’augmentation apparente. Nettoyer et sécher l’enroulement avant l’essai, et utiliser la garde au besoin, aide à ce que le résultat mesure l’isolation principale.
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