Isolation et diélectrique
L’essai de tangente delta d’un câble mesure la perte diélectrique de l’isolant d’un câble de puissance pendant qu’une tension à très basse fréquence est élevée par paliers. Le niveau, la stabilité et la hausse de la perte avec la tension donnent un portrait du vieillissement général de l’isolant, ce qui permet de classer les câbles et de les remplacer selon leur état plutôt que leur âge.
L’essai de tangente delta d’un câble, aussi appelé essai du facteur de dissipation ou de l’angle de perte, est un diagnostic qui mesure la quantité d’énergie dissipée par l’isolant d’un câble de puissance lorsqu’on lui applique une tension alternative. La tangente de l’angle de perte, notée tan delta, est le rapport du courant de perte en phase au courant capacitif, et c’est un indicateur sans dimension de la qualité de l’isolant. L’essai s’applique surtout aux câbles extrudés de moyenne tension, comme ceux isolés au polyéthylène réticulé ou au caoutchouc éthylène-propylène, et aux câbles plus anciens isolés au papier. Il se fait habituellement avec une source sinusoïdale à très basse fréquence, parce qu’une telle source est assez petite pour être transportée sur le terrain tout en pouvant charger un long câble. La tension est élevée par paliers liés à la tension nominale phase-terre du câble, et tan delta est mesurée à chaque palier. Contrairement à un essai de tenue de type réussite ou échec, le résultat est un ensemble de valeurs qui décrit l’état général de tout le tronçon de câble, ce qui rend l’essai utile pour la gestion des actifs.
Le vieillissement de l’isolant d’un câble est généralement graduel et étendu. Les arborescences d’eau, la dégradation thermique, la contamination et les accessoires mal posés augmentent la perte diélectrique de l’isolant au fil des ans, et le câble finit par défaillir en service, souvent à une extrémité, à un joint ou à un point faible du parcours. Les défaillances imprévues de câbles causent des pannes, coûtent cher à réparer et, dans certaines installations, créent des risques pour la sécurité. Un essai qui démontre seulement que le câble résiste à une contrainte ne permet pas de classer les câbles selon leur état, et il peut même endommager un isolant déjà faible. L’essai de tangente delta est non destructif lorsqu’il est mené dans les limites de tension publiées, et il repère les tronçons dont les pertes augmentent avant qu’une défaillance ne survienne. Les propriétaires peuvent ainsi décider quels circuits remplacer, lesquels réhabiliter et lesquels laisser en place. Il se fait sur un câble neuf et ses accessoires pour confirmer que l’installation n’a causé aucun tort, et périodiquement sur les circuits vieillissants afin d’établir une tendance et d’orienter d’abord le budget de remplacement vers les pires câbles.
Un isolant parfait se comporte comme un condensateur pur et tire un courant qui devance la tension appliquée d’un quart de cycle. Un isolant réel conduit aussi un peu et se polarise légèrement, de sorte qu’une petite composante de courant apparaît en phase avec la tension, et l’angle dont le courant total n’atteint pas un quart de cycle est l’angle de perte. Sa tangente est tan delta. Un isolant neuf, sec et uniforme présente une perte très faible et stable. Les arborescences d’eau, l’humidité, la contamination, le vieillissement thermique et l’activité de décharges partielles augmentent la perte et, en général, la font varier avec la tension, parce que les zones dégradées se comportent autrement à mesure que la contrainte s’accroît. Trois indicateurs portent donc de l’information. La valeur moyenne reflète le niveau général de la perte. La stabilité, c’est-à-dire l’ampleur de la variation de la lecture pendant la mesure, reflète l’uniformité du vieillissement. La variation avec la tension, souvent appelée augmentation progressive, reflète la force avec laquelle la perte dépend de la contrainte appliquée. La température, la fréquence utilisée et les accessoires du câble influent aussi sur le résultat, et c’est pourquoi on les maîtrise et on les consigne.
Le câble est mis hors tension, isolé de toute source et mis à la terre selon les procédures du propriétaire, et les deux extrémités sont nettoyées et débranchées des équipements afin de ne mesurer que le tronçon de câble. La fuite superficielle sur les extrémités peut être prise pour de la perte; les extrémités sont donc gardées sèches et, au besoin, munies d’un garde. L’appareil d’essai est raccordé au conducteur à une extrémité, l’écran et l’extrémité éloignée étant disposés selon la construction du câble, et tout autre câble ou circuit qui partagerait la tension d’essai est débranché. Le câble étant un grand condensateur, la source doit être dimensionnée selon sa longueur, et l’on confirme que l’instrument est étalonné. La tension est élevée par paliers, d’un niveau bas jusqu’au niveau final que la norme permet pour ce câble, avec un maintien chronométré et une série de mesures à chaque palier. L’opérateur surveille les valeurs et tout signe de claquage en voie de développement, et il arrête l’essai si le câble se comporte anormalement. Après l’essai, le câble est déchargé et mis à la terre aussi longtemps que sa capacité l’exige. La température du câble, la température ambiante ainsi que la longueur et le type du câble sont consignés, et les essais répétés sur le même circuit se font avec les mêmes réglages afin de dégager des tendances.
Le dossier décrit le câble et ses accessoires dans la mesure où ils sont connus, les conditions de l’essai, y compris la source, les niveaux de tension utilisés et l’instrument avec son état d’étalonnage, ainsi que la température du câble et de son environnement. Les résultats sont la mesure des pertes à chaque niveau, sa stabilité et tout ce qui a paru inhabituel pendant l’essai. L’état des terminaisons et les essais complémentaires y sont également mentionnés. Ces détails comptent, car la lecture des pertes dépend de l’âge, de la température et de la configuration de l’essai, et le lecteur qui la compare plus tard à un nouveau résultat doit pouvoir distinguer un changement réel du câble d’un changement dans la façon de l’éprouver.
Aucune valeur isolée ne décide si un câble est utilisable, et cette page n’en donne aucune. Les critères publiés prennent plusieurs formes, qui s’emploient ensemble. La première est le niveau de la tan delta moyenne à des paliers de tension définis, jugé selon des plages qui dépendent du type d’isolant du câble et, dans certaines recommandations, de son âge. La deuxième est la stabilité de la lecture pendant le maintien de la tension, puisque la dispersion indique une dégradation localisée. La troisième est la hausse de la tan delta d’un palier à l’autre, où une montée abrupte signale une détérioration même si le niveau moyen est modéré. La quatrième est la comparaison avec d’autres câbles du même type et de la même installation, et la cinquième est la tendance par rapport aux essais antérieurs du même circuit. Comme chaque indicateur peut mener à une conclusion différente, les résultats sont généralement combinés en une catégorie d’état qui oriente l’action : laisser en service, refaire l’essai plus tôt, examiner davantage ou remplacer. ANSI/NETA ATS-2025 et ANSI/NETA MTS-2023 traitent de l’essai du facteur de dissipation des câbles; reportez-vous à votre propre exemplaire sous licence pour les critères, et aux fabricants du câble et des accessoires pour leurs données.
À la réception, l’essai s’applique au câble neuf et à ses extrémités et jonctions comme vérification de la main-d’œuvre et comme valeur de référence pour les comparaisons ultérieures, et les valeurs attendues sont celles d’un isolant neuf et sain. À l’entretien, il s’applique aux câbles en service depuis des années, et la question intéressante est la tendance et le classement d’un circuit par rapport aux autres. Le type d’isolant modifie l’interprétation : le câble isolé au papier sous gaine de plomb, le polyéthylène réticulé, le caoutchouc éthylène-propylène et les formulations résistantes aux arborescences d’eau ont chacun leur comportement typique en matière de pertes. Les câbles comportant de nombreuses jonctions ou des accessoires de types anciens peuvent afficher une valeur moyenne influencée par les accessoires eux-mêmes. Les câbles longs exigent une source plus puissante, et les câbles de longueurs différentes d’un même départ sont souvent mis à l’essai séparément pour ne pas faire la moyenne d’un mauvais tronçon avec de bons. L’essai est fréquemment combiné à celui des décharges partielles, car les deux montrent des aspects différents d’un même vieillissement.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Elle décrit la quantité d’énergie dissipée par l’isolant sous une tension alternative, laquelle augmente à mesure que l’isolant se dégrade par arborescences d’eau, humidité, contamination ou vieillissement thermique. Lue avec sa stabilité et sa variation en fonction de la tension, elle donne un portrait de l’état général plutôt que d’un défaut unique.
Un long câble est un grand condensateur, et le charger à la fréquence du réseau exige une très grosse source. Une source à très basse fréquence charge la même capacité avec beaucoup moins de courant et d’équipement, ce qui rend l’essai praticable sur le terrain tout en sollicitant l’isolant de façon à révéler la perte.
Lorsqu’il est mené dans les niveaux de tension que donnent les recommandations applicables, il est considéré comme non destructif, et c’est pourquoi on le préfère à l’essai de tenue pour les câbles vieillis. L’opérateur doit tout de même guetter les signes de claquage et arrêter l’essai si le câble se comporte de façon inhabituelle.
Pas à elle seule. Le résultat caractérise tout le tronçon mesuré. Si les lectures sont mauvaises, on recourt à une méthode de localisation, comme la cartographie des décharges partielles ou la réflectométrie temporelle, ou l’on met à l’essai des tronçons plus courts et des accessoires individuels pour trouver où se situe le problème.
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