Isolation et diélectrique
L’essai de décharges partielles hors ligne met sous tension, à partir d’une source distincte, un câble ou un enroulement de stator déconnecté et détecte de minuscules décharges électriques dans l’isolant. Il repère les points faibles, comme les vides, les fissures et les jonctions endommagées, avant qu’ils ne mènent à une défaillance.
L’essai de décharges partielles hors ligne est un diagnostic électrique qui recherche de petites décharges localisées à l’intérieur ou à la surface d’un isolant solide, sans laisser l’isolant claquer. L’équipement est mis hors service, déconnecté du réseau et alimenté par une source d’essai distincte, ce qui permet d’élever, de maintenir et d’abaisser la tension de façon contrôlée. Des circuits de détection sensibles captent alors les brèves impulsions de courant que produit chaque décharge. L’essai s’applique aux câbles de puissance blindés de moyenne et de haute tension, avec leurs jonctions et leurs terminaisons, ainsi qu’aux enroulements de stator des gros moteurs et générateurs, où il figure comme mesure facultative dans les normes de réception et d’entretien. Le résultat est un ensemble de mesures : la tension à laquelle les décharges commencent, celle à laquelle elles cessent, leur ampleur et leur fréquence, ainsi que l’endroit du câble ou la phase de l’enroulement où elles prennent naissance. Comme il se déroule sur un équipement isolé et sous tension contrôlée, il peut être fait pendant le même arrêt que les autres essais d’isolation et comparé à celui de la même unité des années précédentes.
L’isolant solide cède rarement d’un coup. Les petits vides laissés dans un câble extrudé ou dans l’isolation principale d’un stator, les fissures, la délamination causée par les cycles thermiques, la contamination, une jonction mal exécutée ou une terminaison endommagée concentrent le champ électrique et produisent des décharges partielles. Ces décharges érodent peu à peu l’isolant qui les entoure et, dans un câble, un défaut qui progresse finit par former un arbre électrique qui se termine par un claquage. Les conséquences vont de la perte d’un départ et d’une longue recherche du défaut jusqu’à un enroulement de moteur détruit et un procédé interrompu. L’essai hors ligne trouve le défaut pendant que l’équipement fonctionne encore normalement, ce qui permet de planifier la réparation. À la réception, il confirme que la fabrication, le transport, l’installation et la confection des jonctions et des terminaisons ont été bien faits. En entretien, il distingue l’équipement qui vieillit normalement de celui qui présente un défaut local actif. Il complète aussi les mesures de résistance et de pertes, qui décrivent l’isolant dans son ensemble et peuvent laisser passer un petit défaut isolé qui sera pourtant celui qui cédera.
Une décharge partielle est le claquage d’un petit vide rempli de gaz ou d’un intervalle superficiel qui ne franchit qu’en partie l’isolant entre les conducteurs. Le gaz d’un vide supporte moins de contrainte électrique que le solide qui l’entoure; lorsque la tension aux bornes du vide atteint un seuil, le gaz s’ionise et une petite impulsion de courant circule. Chaque événement est très bref, une fraction très courte de microseconde, et son importance s’exprime en charge apparente. L’impulsion se propage dans le câble ou l’enroulement dans les deux sens et parvient atténuée aux points de mesure, d’où le qualificatif d’apparente. Lorsqu’on élève la tension appliquée, les décharges commencent à une tension d’apparition et, en redescendant, cessent à une tension d’extinction plus basse. Le moment du cycle alternatif où surviennent les impulsions révèle le type de défaut, car les vides internes, la décharge superficielle et l’effet couronne ont chacun une signature de phase distincte. Dans un câble, le temps d’arrivée d’une impulsion et de sa réflexion à l’extrémité permet à l’instrument de calculer la distance jusqu’au défaut. Dans une machine, les dispositifs de couplage aux bornes captent les décharges de l’enroulement dans son ensemble, et l’indice principal est le motif de phase plutôt que la position.
Le câble ou la machine est mis hors tension, isolé et mis à la terre selon les procédures de cadenassage et de permis du propriétaire, et tous les appareils raccordés, comme les transformateurs, les parafoudres, l’appareillage et les conducteurs du moteur, sont déconnectés de façon que seul l’élément à l’essai soit sous tension. Les terminaisons sont nettoyées, et les distances d’isolement et les sources d’effet couronne sont maîtrisées, car des décharges dans l’air à une extrémité peuvent imiter un défaut. Une source d’essai distincte est raccordée, par exemple une source à très basse fréquence, un système de tension alternative amortie ou un ensemble résonant, choisie selon la longueur et la capacité du câble. Un condensateur de couplage et une impédance de mesure, ou un capteur sur l’écran, sont reliés à un détecteur étalonné, et le système est étalonné par l’injection d’une charge connue pour que les lectures aient un sens. Le bruit de fond est mesuré sur l’équipement hors tension et, au besoin, filtré ou isolé par fenêtrage. La tension est ensuite élevée par paliers contrôlés pendant que les décharges sont observées et consignées, maintenue au niveau qu’exigent la procédure et les caractéristiques de l’équipement, puis abaissée, en notant les niveaux d’apparition et d’extinction. Sur une machine, chaque phase est mise à l’essai avec les autres à la terre, et la même méthode est reprise pour comparaison. À la fin, l’équipement est déchargé et mis à la terre, et l’environnement, la température et l’humidité sont notés, car ils influent sur l’activité de décharge.
Le relevé comprend les tensions d’apparition et d’extinction observées, l’ampleur des décharges et leur activité de répétition aux niveaux d’essai, le motif résolu en phase et, pour un câble, l’emplacement de tout défaut le long de sa longueur. Il consigne le type et les réglages de la source de tension, l’étalonnage effectué, le niveau de bruit de fond, la phase mise à l’essai et le montage de raccordement, ainsi que la température et l’humidité. L’état des terminaisons et des jonctions tel qu’il a été constaté, l’identité et l’état d’étalonnage de l’instrument et tout filtrage ou fenêtrage employé sont également notés. Ces éléments rendent équitable une comparaison ultérieure, car les lectures de décharges dépendent fortement de la façon dont l’essai a été préparé.
Aucune valeur isolée ne décide si un isolant est acceptable, et cette page n’en donne aucune. Le jugement repose sur plusieurs observations employées ensemble. La première est de savoir si les décharges commencent dans la plage de tension de service de l’équipement, puisqu’une décharge présente à la tension normale d’exploitation ou en dessous est plus significative que celle qui n’apparaît que bien au-dessus. La deuxième est l’ampleur et la répétition de l’activité au niveau d’essai, lues en regard de l’étalonnage de l’instrument et du bruit de fond. La troisième est le motif de phase, qui distingue les vides internes de l’activité superficielle et de l’effet couronne externe. La quatrième est la comparaison entre parties semblables, comme les trois phases d’un enroulement ou des tronçons d’un circuit de câble construits de la même façon. La cinquième est la tendance par rapport aux résultats antérieurs du même équipement, où une baisse de la tension d’apparition ou une hausse de l’ampleur est le signal d’alerte. Les données du fabricant et la spécification du câble ou de la machine entrent aussi en jeu. Le caractère facultatif de l’essai dans ANSI/NETA ATS-2025 et ANSI/NETA MTS-2023 rend importants les critères du propriétaire et le jugement de l’agence d’essai. Pour le texte qui fait autorité, reportez-vous à votre propre exemplaire sous licence des normes citées.
Les essais de réception et d’entretien diffèrent par leur objectif. À la réception, la mesure vérifie le câble nouvellement installé et ses accessoires, ou une machine neuve ou rebobinée, et le résultat devient la base de référence. En entretien, on le compare à cette référence, et un changement compte davantage qu’un résultat isolé. Les essais de câble et de machine diffèrent dans les détails. Sur un câble, l’essai se fait souvent sur tout le circuit, jonctions et terminaisons comprises, avec localisation des défauts par le temps de propagation des impulsions, et le choix de la source de tension influe sur le comportement des décharges observé. Sur les machines, l’enroulement du stator est mis à l’essai phase par phase, habituellement aux bornes, et le résultat principal est le motif résolu en phase et le niveau d’activité, car l’enroulement est trop compact pour qu’on localise les défauts par la seule mesure du temps. Une machine peut aussi être surveillée en marche au moyen de capteurs en ligne, ce qui est une technique distincte aux résultats différents. La méthode hors ligne complète la résistance d’isolement, le facteur de puissance et son augmentation, la comparaison d’impulsions sur les enroulements et les mesures de pertes sur câble, et aucun de ces essais ne remplace les autres.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Il détecte de petites décharges électriques dans des vides, des fissures, des délaminations ou de la contamination au sein de l’isolant solide, ou encore aux surfaces et aux terminaisons, qui ne franchissent pas encore l’isolant. Ce sont des signes précoces de dégradation locale, souvent invisibles aux essais de résistance, et ils peuvent mener à un claquage complet si on les laisse évoluer.
L’essai hors ligne met l’équipement hors tension et emploie une source distincte et contrôlée; la tension peut donc être élevée et abaissée, et les niveaux d’apparition et d’extinction sont trouvés. L’essai en ligne surveille l’équipement pendant son fonctionnement à sa tension normale. Les deux donnent des renseignements différents et servent souvent à des fins distinctes.
Une impulsion perd de la force en allant du défaut au point de mesure; l’instrument voit donc moins que la charge réellement déplacée sur place. La charge apparente est par conséquent un indicateur étalonné et comparable, qui dépend du montage, ce qui explique l’étalonnage par injection d’une impulsion connue.
Réalisé dans les limites des caractéristiques de l’équipement et de la procédure, il est considéré comme non destructif, puisque la tension est élevée de façon contrôlée et que les décharges mesurées sont petites. Une décharge prolongée sur un défaut réel peut toutefois l’aggraver; on limite donc la tension et on garde la durée d’exposition courte.
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