Isolation et diélectrique
L’essai du facteur de puissance et de la capacité d’une traversée applique une tension alternative et mesure les pertes diélectriques et la capacité. Une hausse des pertes révèle de l’humidité ou de la contamination, et un changement de capacité révèle des couches court-circuitées ou endommagées; on repère ainsi les problèmes avant qu’ils ne mènent à une défaillance violente.
L’essai du facteur de puissance et de la capacité d’une traversée vérifie l’état de l’isolation interne des traversées haute tension qui font passer un conducteur à travers la paroi d’une cuve de transformateur, de disjoncteur, de réactance ou de régulateur. Une tension alternative d’essai est appliquée au conducteur de la traversée et l’instrument mesure deux choses : la perte diélectrique de l’isolation, exprimée en facteur de puissance ou en facteur de dissipation, et la capacité de l’isolation. La plupart des traversées de tension élevée sont construites comme un condensateur, le conducteur central étant enveloppé de couches de papier ou de matériau lié à la résine séparées par de minces feuilles conductrices, et elles comportent près de la base une prise d’essai ou de potentiel qui donne accès à la couche extérieure. Cette construction permet deux lectures distinctes sur une même traversée, l’une pour l’isolation principale et l’autre pour l’isolation de la prise. L’essai s’effectue sur des traversées neuves à la réception, sur des traversées installées dans l’équipement et à intervalles réguliers sur les équipements en service. Il complète les essais d’isolation de l’unité complète, parce que les traversées ont un faible volume et qu’un problème de l’une d’elles peut se diluer dans la mesure de tout le transformateur.
Les traversées comptent parmi les sources les plus courantes de défaillances graves des transformateurs et des disjoncteurs. L’humidité qui pénètre par un joint endommagé ou une porcelaine fissurée, la contamination de l’huile ou du composé, les décharges partielles entre les feuilles et le vieillissement thermique affaiblissent l’isolation peu à peu. À mesure que les pertes augmentent, la traversée s’échauffe elle-même, ce qui accélère les dommages, et l’aboutissement de ce processus peut être une défaillance violente qui fait éclater la porcelaine, allume un incendie dans le transformateur et met en danger les personnes à proximité. La défaillance d’une traversée immobilise aussi le transformateur pendant une réparation longue et coûteuse. L’avantage de l’essai du facteur de puissance et de la capacité est qu’il réagit tôt. Les pertes augmentent dès que l’humidité ou la contamination apparaît, bien avant qu’une lecture de résistance d’isolement ne bouge, et la capacité change quand des couches se court-circuitent. Faire l’essai à la réception démontre que la traversée a survécu au transport et à l’entreposage, et le répéter périodiquement constitue un historique qui rend visible un changement lent et laisse le temps de planifier un remplacement.
Une traversée capacitive se comporte comme une pile de condensateurs en série, un pour chaque couche isolante. Quand une tension alternative est appliquée, une pile presque parfaite tire un courant qui devance la tension de presque un quart de cycle, et la petite composante du courant en phase avec la tension représente la perte dans l’isolation. Le rapport entre la partie en phase et le courant total est le facteur de puissance, qui, pour de faibles valeurs, est pratiquement égal au facteur de dissipation. Une isolation propre et sèche présente une très faible perte. L’humidité, le carbone issu de décharges partielles, l’huile contaminée et le papier vieilli ajoutent du courant en phase, et la lecture monte. La capacité dépend de la géométrie et de la permittivité des matériaux. Lorsqu’une couche est court-circuitée par un claquage, la pile compte moins de condensateurs en série et la capacité totale augmente d’une quantité liée au nombre de couches. Comme la capacité est comparée à la valeur de la plaque, même un changement modeste mérite l’attention. La température modifie les deux grandeurs; les résultats sont donc corrigés à une température de référence, et le courant de fuite superficiel sur la porcelaine est tenu hors de la mesure par un garde ou par le nettoyage et le séchage de la surface.
L’équipement est mis hors tension, isolé de toute source et mis à la terre selon les procédures du propriétaire. Les conducteurs, les jeux de barres et les parafoudres sont débranchés des bornes de la traversée afin de ne mesurer que la traversée et son équipement hôte, et la porcelaine est nettoyée et séchée parce que la fuite superficielle fausse la lecture. Un appareil d’essai de facteur de puissance est raccordé, le câble haute tension au conducteur de la traversée et le câble de mesure à la prise d’essai lorsque la traversée en possède une. Dans la configuration à échantillon non mis à la terre, le câble de mesure lit uniquement le courant dans l’isolation principale, la prise étant reliée au circuit de mesure. Dans la configuration avec mise à la terre d’une traversée à prise, la prise est mise à la terre et la mesure couvre aussi l’isolation de la prise. Pour les traversées sans prise, un essai au collier chaud applique la tension à un collier conducteur serré autour de la jupe de porcelaine et mesure la réponse de l’isolation située en dessous. Le couvercle de la prise est retiré pour y accéder, et la prise est rétablie et mise à la terre ensuite, car une prise laissée ouverte peut causer une défaillance en service. La tension appliquée est choisie dans les limites de la traversée et de sa prise, jamais au jugé. La température de la traversée, les conditions ambiantes et l’humidité sont notées, et la même méthode et le même instrument sont employés lors des essais subséquents afin de dégager des tendances.
Le rapport note l’identification de la traversée et sa position sur l’équipement, la configuration de chaque mesure, la capacité mesurée et le facteur de puissance ou de dissipation de l’isolation principale et de la prise lorsqu’elle a été mesurée, la tension et la fréquence appliquées, la température de la traversée et du milieu, l’humidité, ainsi que l’identité de l’instrument et son état d’étalonnage. L’état de la surface et tout nettoyage effectué sont consignés, de même que l’état du couvercle de la prise tel que trouvé. Ces détails importent parce que la lecture dépend beaucoup des conditions, et que le réviseur doit pouvoir distinguer un véritable changement de la traversée d’une différence causée par la température, la fuite superficielle ou le montage de l’essai.
Aucune lecture isolée ne décide si une traversée est acceptable, et cette page ne donne aucune limite. Les critères publiés prennent plusieurs formes, qui s’emploient ensemble. D’abord, le facteur de puissance mesuré est comparé à la valeur de la plaque de la traversée ou aux données du fabricant, après correction de la lecture à la température de référence. Ensuite, la capacité mesurée est comparée à la valeur de la plaque, car un écart signale des couches court-circuitées. De plus, les trois phases d’un même équipement, ou des traversées jumelles de même type, sont comparées entre elles, puisqu’une valeur atypique désigne un problème localisé. Les résultats sont aussi suivis dans le temps par rapport aux essais antérieurs de la même traversée, où une hausse soutenue importe même si les chiffres semblent encore acceptables. Enfin, la mesure de la prise est jugée séparément de l’isolation principale. Les recommandations publiées fixent les seuils à partir desquels une traversée est examinée ou remplacée. ANSI/NETA ATS-2025 couvre la réception et ANSI/NETA MTS-2023 couvre les essais d’entretien des traversées; reportez-vous à votre propre exemplaire sous licence des normes pour les critères, et au fabricant pour les données propres à la traversée.
À la réception, l’essai établit une valeur de référence et confirme que la traversée livrée correspond à sa plaque. À l’entretien, c’est le changement depuis le dernier essai qui intéresse, de sorte qu’un montage répétable importe plus qu’une lecture isolée. La construction de la traversée modifie les détails : les conceptions à papier imprégné d’huile, à papier lié à la résine et à papier imprégné de résine ne réagissent pas de la même manière à l’humidité et à la température, et les traversées pleines sans prise reposent sur la méthode du collier chaud. Sur les transformateurs, les traversées sont souvent mises à l’essai en même temps que l’isolation des enroulements avec le même instrument, tandis que sur les disjoncteurs à huile et à gaz, elles peuvent l’être pendant qu’elles sont montées dans le disjoncteur, les contacts étant dans une position définie. Pour les régulateurs et les réactances, les mêmes approches s’appliquent à l’échelle de l’équipement. Essayer l’unité complète ne remplace pas l’essai de la traversée, car les pertes d’un gros enroulement peuvent masquer un problème petit mais dangereux dans une traversée.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Le facteur de puissance décrit les pertes diélectriques de l’isolation et augmente avec l’humidité, la contamination et le vieillissement. La capacité décrit la géométrie des couches isolantes et change lorsque des couches se court-circuitent ou que la traversée est endommagée. Ensemble, ils donnent un tableau plus complet que chacun pris isolément.
C’est l’essai employé sur une traversée dépourvue de prise d’essai. Un collier conducteur est serré autour de la porcelaine, on lui applique la tension et on mesure la perte de l’isolation située en dessous. C’est une méthode locale de dépistage, et les résultats sont comparés à ceux de traversées semblables.
Sur une traversée capacitive, la prise est reliée à la couche la plus externe, qui doit être au potentiel de la terre en service. Si elle est laissée ouverte ou mal mise à la terre, une tension peut s’y développer et causer une défaillance. Le couvercle de la prise et sa mise à la terre doivent être remis en place et vérifiés.
Oui. Les traversées sont normalement essayées en place, les raccordements externes étant retirés des bornes. La configuration est choisie de façon que la mesure isole la traversée de l’enroulement. Les résultats sont comparés aux valeurs de la plaque et aux autres traversées de la même unité.
UltraDb renvoie aux normes ASTM, ANSI, IEEE, NETA, NFPA, NEMA, FAA, TIA et IEC de façon descriptive, afin d’identifier les méthodes publiées à partir desquelles ses formulaires sont créés. UltraDb et Verlecta ne sont ni affiliés, ni cautionnés, ni certifiés, ni autorisés par NETA, ASTM, ANSI, IEEE, NFPA, NEMA, FAA, TIA, IEC ou Megger. Les noms des normes et les numéros de section sont la propriété de leurs organisations respectives. Effectuez toujours les essais selon l’édition que précise votre contrat. Lorsqu’une norme est vendue par la boutique en ligne d’ANSI, Verlecta peut toucher une commission sur un achat effectué par notre lien, sans frais supplémentaires pour vous. Une commission ne décide jamais des normes que nous citons ni de la façon dont un formulaire est construit.