Essai de résistance d’isolement : objet, méthode et évaluation

De quoi il s’agit

L’essai de résistance d’isolement consiste à appliquer une tension continue stable entre un conducteur et la terre, ou entre deux enroulements ou phases distincts, puis à mesurer le courant qui traverse l’isolant et circule à sa surface. L’appareil divise la tension appliquée par ce courant et affiche le résultat sous forme de résistance, habituellement très élevée. Un isolant en bon état ne laisse passer qu’un courant minuscule; une lecture élevée est donc rassurante, tandis qu’une lecture basse ou en baisse constitue un avertissement. L’essai s’applique aux transformateurs de puissance et de distribution, aux câbles de force et de commande, aux moteurs et aux génératrices, à l’appareillage et aux canalisations préfabriquées, aux disjoncteurs et à bien d’autres ensembles dont le rôle est de tenir les parties sous tension isolées les unes des autres et de la terre. Bien réalisé, c’est un essai non destructif : la tension est choisie pour solliciter l’isolant sans s’approcher de sa rigidité diélectrique. La lecture n’est pas une propriété du seul matériau. Elle reflète tout le système d’isolation, soit son état de surface, sa teneur en humidité, sa température et la taille ou la longueur de l’équipement évalué; les résultats se lisent donc toujours avec les conditions dans lesquelles ils ont été obtenus. C’est l’un des essais électriques de terrain les plus courants, parce qu’il est rapide, reproductible et ne demande qu’un appareil portatif.

Pourquoi on le fait

L’isolant se dégrade généralement peu à peu avant de céder. L’infiltration d’humidité, l’encrassement de surface par la poussière, l’huile ou le sel, le vieillissement thermique, les dommages mécaniques et l’attaque chimique abaissent peu à peu sa résistance, et ce changement apparaît dans la lecture bien avant que l’équipement ne déclenche. Le déceler pendant un arrêt planifié coûte beaucoup moins cher que de le découvrir lors d’un défaut, quand un claquage peut détruire un enroulement ou un câble, causer un incendie ou mettre des personnes en danger. C’est pourquoi l’essai est réalisé sur l’équipement neuf avant sa mise sous tension, pour confirmer que le transport, l’entreposage et l’installation ne l’ont pas abîmé; après des réparations ou un long entreposage; et de façon périodique sur l’équipement en service. La valeur du programme périodique tient à l’historique qu’il constitue. Une lecture isolée renseigne un peu, mais une série obtenue dans des conditions comparables en dit beaucoup plus, car une baisse soutenue signale un problème en développement même si chaque lecture prise seule semble encore acceptable. L’essai sert aussi de filtre avant des essais plus exigeants, puisqu’il serait vain de solliciter un isolant déjà visiblement humide ou sale.

Le principe

Lorsqu’on applique une tension continue à un isolant, le courant qui circule est la somme de trois composantes. La première est le courant de charge capacitif, une pointe brève pendant que l’isolant se charge comme un condensateur, et qui s’éteint rapidement. La deuxième est le courant d’absorption, issu du lent réalignement des charges à l’intérieur des matériaux isolants, qui décroît sur une période plus longue. La troisième est le courant de fuite, un petit flux stable à travers l’isolant lui-même et sur ses surfaces. Comme les deux premières diminuent avec le temps alors que la fuite reste à peu près constante, le courant total baisse et la résistance calculée augmente tant que la tension est maintenue. Un isolant propre et sec montre une progression régulière pendant l’essai. Un isolant humide ou contaminé présente dès le départ une forte composante de fuite; la lecture est donc basse et plafonne tôt. Les rapports de lectures chronométrées résument l’ampleur de la progression. Le rapport d’absorption diélectrique compare deux lectures prises au début de l’essai, et l’indice de polarisation compare des lectures prises sur une période plus longue. Comme ce sont des rapports, ils dépendent peu de la taille de l’équipement et moins de la température qu’une lecture isolée, ce qui permet de juger l’état. La température compte beaucoup : la résistance d’isolement chute fortement quand elle augmente, de sorte qu’une lecture à chaud ne se compare pas directement à une lecture à froid sans ramener les deux à une température de référence commune. L’humidité et l’état de surface agissent de la même façon sur le trajet de fuite, ce qui explique qu’on les note avec chaque résultat.

Comment on le réalise

La préparation sécuritaire vient d’abord. On met l’équipement hors tension, on l’isole de toute source, on vérifie l’absence de tension, puis on le met à la terre, selon les procédures de cadenassage et de permis de travail du propriétaire. Les connexions susceptibles de transmettre la tension d’essai à d’autres équipements, comme les parafoudres, les dispositifs électroniques ou les câbles vers des charges éloignées, sont débranchées ou protégées autrement. Les surfaces des traversées et des terminaisons sont nettoyées et séchées afin que la fuite superficielle ne masque pas l’état de l’isolant qui se trouve dessous. Le mégohmmètre est raccordé entre la partie à évaluer et la terre; les autres enroulements ou phases sont mis à la terre, ou reliés à la borne de garde de l’appareil lorsqu’on veut mesurer un seul trajet d’isolation à la fois. La borne de garde dévie autour du circuit de mesure la fuite de surface ou le courant des trajets sans intérêt. Une fois les cordons raccordés, la mise à la terre temporaire est retirée de la seule partie mise à l’essai, et les autres parties restent à la terre. La tension d’essai est tirée du tableau de la norme applicable pour la classe de tension de l’équipement, jamais d’une règle empirique, et on vérifie que l’appareil est étalonné. La tension est ensuite appliquée et maintenue pendant la prise de lectures chronométrées, qui sont consignées au fur et à mesure et non reconstituées après coup. À la fin de l’essai, l’isolant est déchargé par l’appareil puis à l’aide d’une perche de mise à la terre, et il reste à la terre pendant une durée liée à celle de la charge, car un équipement à forte capacité peut conserver une charge dangereuse. La température ambiante, celle de l’équipement et l’humidité relative sont notées au moment de l’essai, et le même appareil ainsi que la même classe de tension servent aux essais suivants pour permettre le suivi de la tendance.

Ce qui est consigné

Le dossier d’un essai de résistance d’isolement est bref et général. Il contient les lectures de résistance à chaque intervalle chronométré, le rapport qui en est tiré lorsqu’on l’utilise, la classe de tension appliquée et la durée de son maintien, la température de l’équipement et celle du milieu, l’humidité relative, ainsi que l’identification de l’appareil et son état d’étalonnage. On y note aussi l’état de l’équipement tel qu’il a été trouvé, par exemple propre et sec, tout juste retiré du service ou visiblement contaminé, de même que les connexions débranchées pour isoler l’équipement. Ces renseignements comptent, car une lecture de résistance n’a de sens qu’accompagnée des conditions qui l’ont produite. Des mois plus tard, la personne qui compare un nouveau résultat à celui qui a été conservé doit savoir si la température, la tension et le montage étaient comparables, ou si l’écart observé s’explique par la façon dont l’essai a été mené.

Comment les résultats sont jugés

Aucune valeur isolée ne décide si un isolant est acceptable, et cette page n’en donne aucune. Les critères publiés prennent plusieurs formes, qui s’emploient ensemble. La première est un minimum absolu qui augmente avec la classe de tension de l’équipement; les tableaux applicables se trouvent dans ANSI/NETA ATS-2025 pour les essais de réception et dans ANSI/NETA MTS-2023 pour les essais d’entretien, et ils varient selon le type d’équipement. La deuxième est la correction de la lecture à une température de référence avant toute comparaison, parce qu’un isolant chaud affiche moins qu’un isolant froid. La troisième est la comparaison entre parties semblables, comme les trois phases d’un enroulement, où une valeur atypique désigne un problème localisé. La quatrième est la tendance par rapport aux résultats antérieurs du même équipement, où une baisse soutenue importe même si les lectures demeurent au-dessus d’un minimum publié. La cinquième est l’ensemble des rapports de lectures chronométrées, le rapport d’absorption diélectrique et l’indice de polarisation, qui font l’objet de leurs propres recommandations publiées et se jugent selon l’allure de la progression. Les données du fabricant et la plaque signalétique entrent aussi en jeu. Le mieux est de juger les lectures ensemble, en gardant les conditions d’essai à l’esprit. Pour les valeurs et les tableaux, reportez-vous à votre propre exemplaire sous licence des normes citées, qui demeurent l’autorité en matière de réception.

Variantes

Les essais de réception et d’entretien n’ont pas le même but. L’essai de réception établit que l’équipement neuf ou réparé est sain et crée la base des comparaisons futures; on le réalise donc avec soin, dans les meilleures conditions possibles. L’essai d’entretien vérifie l’état d’un équipement déjà en service, où la question utile est de savoir comment la lecture a évolué depuis la dernière fois; ce qui compte le plus, c’est de reproduire les conditions et la méthode. La classe d’équipement modifie les détails. Sur les machines tournantes, les rapports de lectures chronométrées et la température de l’enroulement pèsent davantage, et on les essaie généralement avec les autres enroulements à la terre et une série plus longue de lectures chronométrées. Sur les câbles, la longueur et l’état des terminaisons influent sur la lecture, et les écrans et conducteurs voisins se traitent selon le type de câble. Sur les transformateurs, les combinaisons évaluées, enroulements à la terre et enroulements entre eux, ainsi que la construction à bain d’huile ou de type sec orientent l’interprétation. Sur l’appareillage basse tension et les disjoncteurs, les lectures à travers les pôles ouverts et de pôle à châssis sont courantes, et la tension d’essai suit la tension assignée de l’appareillage basse tension, les déclencheurs à semi-conducteurs, les compteurs et la protection contre les surtensions étant débranchés ou isolés avant l’essai. Dans tous les cas, la procédure suit la norme applicable à cette classe d’équipement.