Isolation et diélectrique
L’indice de polarisation et le rapport d’absorption diélectrique comparent des lectures de résistance d’isolement prises à des moments différents sous une même tension d’essai constante. Ils montrent si les enroulements des réactances, régulateurs, transformateurs et machines sont secs et propres, sans dépendre de la taille de l’équipement et avec moins de sensibilité à la température qu’une lecture unique.
L’indice de polarisation et le rapport d’absorption diélectrique sont deux façons de résumer un essai chronométré de résistance d’isolement. Une tension d’essai continue est appliquée à un enroulement et maintenue, la résistance est lue à des moments déterminés, et la lecture tardive est divisée par une lecture antérieure. Le rapport d’absorption diélectrique compare deux lectures assez rapprochées au début de l’essai, tandis que l’indice de polarisation compare des lectures séparées par un laps de temps plus long. Ce sont deux rapports purs, sans unité, qui ne dépendent pas directement de la taille de l’enroulement. On les emploie sur les enroulements de réactances immergées dans le liquide, de régulateurs de tension à gradins et à induction, de transformateurs de puissance et de distribution, de moteurs et de générateurs, ainsi que sur d’autres grands systèmes isolants où une seule valeur de résistance pourrait induire en erreur. La mesure se fait avec le même mégohmmètre que pour la résistance d’isolement ordinaire, pourvu qu’il puisse tenir une tension stable et consigner des lectures sur une période plus longue. La question à laquelle répondent les rapports n’est pas de savoir à quel point la résistance est élevée, mais comment elle se comporte tant que la tension reste appliquée, ce qui renseigne directement sur le degré de sécheresse et de propreté de l’isolant.
Une lecture unique de résistance peut être élevée sur un équipement humide ou contaminé s’il est petit ou froid, et faible sur un équipement sain s’il est grand ou chaud. L’infiltration d’humidité, la contamination de surface par l’huile, la poussière ou le sel, le vieillissement thermique et les dommages mécaniques affaiblissent l’isolant, et ils modifient la façon dont la lecture progresse dans le temps avant de modifier beaucoup la valeur finale. Un rapport chronométré dépend beaucoup moins de la taille de l’enroulement et de la température, ce qui en fait un filtre plus fiable pour la question qui compte avant la mise sous tension ou le retour en service d’une machine : cet isolant est-il assez sec? Découvrir une réactance humide, un régulateur qui a absorbé de l’humidité pendant l’entreposage ou un enroulement de moteur à la surface contaminée lors d’un arrêt planifié coûte bien moins cher qu’un défaut à la terre en service. Le rapport aide aussi à décider si une unité doit être séchée, nettoyée ou étuvée avant tout essai à plus haute tension, car appliquer un essai sévère à un isolant humide risque de l’endommager. Répétés selon un calendrier, les rapports bâtissent un historique qui révèle la détérioration lente.
Lorsqu’on applique une tension continue à un isolant, le courant comporte trois parties. Le courant de charge s’évanouit en quelques instants à mesure que la capacité géométrique se charge. Le courant d’absorption provient du lent alignement des molécules et du piégeage de charges dans les matériaux isolants, et il décroît sur plusieurs minutes. Le courant de fuite est le petit flux constant qui traverse l’isolant et longe ses surfaces. À mesure que les deux premières parties s’éteignent, le courant total diminue et la résistance calculée augmente. Dans un isolant propre et sec, la composante d’absorption est importante et décroît lentement; la résistance continue donc de grimper pendant tout l’essai, et la lecture tardive est nettement supérieure à la lecture antérieure. Dans un isolant humide ou contaminé, la composante de fuite domine dès le départ; le courant change à peine et la résistance reste presque plate, d’où un rapport voisin de l’unité. Le rapport indique donc quelle part du courant est de la fuite et quelle part est de l’absorption. Comme la température modifie l’absorption et la fuite de façon semblable, elle influe beaucoup moins sur le rapport que sur une valeur unique, bien qu’on la consigne quand même. Les anciens systèmes isolants et les systèmes synthétiques modernes se comportent différemment, et certains enroulements synthétiques atteignent des résistances si élevées et si vite que le rapport peut sembler inhabituellement élevé ou instable.
L’équipement 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, puis on le laisse se décharger complètement avant de brancher les fils, car la charge résiduelle d’un essai antérieur ou du fonctionnement fausse les premières lectures. Les traversées et les terminaisons sont nettoyées et séchées, les appareils raccordés et les dispositifs électroniques sont retirés ou protégés, et l’enroulement à l’essai est séparé des autres, qui sont mis à la terre ou reliés à la garde. Le mégohmmètre est raccordé entre l’enroulement et la terre, ou entre enroulements, et sa tension est choisie dans le tableau de la norme applicable selon les caractéristiques de l’équipement, non par habitude. La tension est appliquée et maintenue stable pendant la prise des lectures aux moments précisés. Les instruments à chronométrage automatique consignent les valeurs et calculent les rapports, et un opérateur manuel surveille une horloge et lit le cadran aux moments prévus. Le début de l’essai est critique, parce que les lectures dépendent d’une application prompte de la tension, et une source instable ou une connexion lâche gâche un rapport. À la fin, l’isolant est déchargé par l’instrument, puis avec une perche de mise à la terre, et il demeure à la terre pendant une période liée au temps de charge. La température de l’enroulement, la température ambiante et l’humidité sont consignées, et lors des essais ultérieurs on emploie le même instrument, la même tension et les mêmes connexions pour pouvoir suivre la tendance des rapports.
Le relevé comprend la lecture de résistance à chaque moment chronométré, les deux rapports qui en sont tirés lorsqu’ils sont employés, la tension d’essai appliquée et les connexions réalisées, ainsi que la température de l’enroulement et du milieu ambiant avec l’humidité relative. Il consigne aussi l’identité et l’état d’étalonnage de l’instrument, l’enroulement ou la voie d’isolement mis à l’essai, l’état constaté de l’équipement, par exemple récemment retiré du service ou visiblement contaminé, et les connexions qui ont été débranchées. Un rapport de résistances n’a de sens qu’avec la façon dont il a été mesuré; ces éléments permettent donc à un lecteur ultérieur de comparer un nouveau résultat à celui qui est conservé, sur un pied d’égalité.
Aucune valeur isolée ne décide si un isolant est acceptable, et cette page n’en donne aucune. Les critères publiés pour ces rapports prennent plusieurs formes. La première est un rapport minimal que l’on juge en regard des recommandations publiées pour la classe d’équipement, ANSI/NETA ATS-2025 fixant les attentes pour les essais de réception et ANSI/NETA MTS-2023 pour les essais d’entretien; les recommandations et les tableaux de tension d’essai varient selon le type d’équipement. La deuxième est la tendance par rapport aux résultats antérieurs du même enroulement, où un rapport à la baisse importe même s’il demeure dans les recommandations publiées. La troisième est la comparaison entre enroulements ou phases semblables, où une valeur atypique désigne un problème localisé. La quatrième est la lecture du rapport avec la résistance corrigée d’une lecture unique, car un rapport élevé avec une résistance très basse ne signifie pas que l’isolant est sain, et un rapport bas avec une résistance très élevée peut simplement refléter un isolant si bon que la fuite est négligeable et que l’absorption est déjà terminée. Les données du fabricant entrent aussi en jeu. 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.
Les essais de réception et d’entretien servent des objectifs différents. À la réception, le rapport permet de dépister dans l’équipement neuf ou réparé l’humidité captée pendant le transport, l’entreposage ou l’installation, et il amorce l’historique. En entretien, il suit l’état dans le temps, et des conditions constantes comptent plus qu’un résultat isolé. Les deux rapports s’emploient à des endroits différents. Le rapport d’absorption diélectrique, de courte durée, convient aux équipements plus petits et aux vérifications rapides, alors que l’indice de polarisation, de durée plus longue, sert là où la taille de l’équipement et la vitesse de son absorption rendent un essai plus long significatif. Sur les machines tournantes, le choix dépend de la taille de la machine et du tableau de la norme. Sur les réactances et les transformateurs immergés dans le liquide, la lecture de l’enroulement à la terre et l’indice de polarisation sont pris avec le liquide à une température stable, et l’état de l’huile influe sur le résultat. Les régulateurs, avec leurs enroulements et leur changeur de prises, suivent la même logique. Un isolant de très haute résistance peut donner un rapport bas sans être mauvais, et les normes le prévoient; le rapport n’est donc jamais lu seul.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Les deux divisent une lecture tardive de résistance d’isolement par une lecture antérieure sous la même tension constante. Le rapport d’absorption diélectrique emploie deux lectures rapprochées au début de l’essai, tandis que l’indice de polarisation emploie des lectures séparées par un laps de temps plus long, ce qui en fait un meilleur indicateur sur les grands équipements.
La température modifie de façon semblable les parties d’absorption et de fuite du courant; diviser une lecture chronométrée par une autre annule donc en grande partie l’effet. Une valeur unique de résistance varie fortement avec la température, d’où la nécessité de la corriger avant toute comparaison, alors que le rapport est quand même consigné avec la température.
Un rapport voisin de l’unité signifie que la résistance monte à peine pendant l’essai, ce qui indique que la fuite domine, comme dans un isolant humide, sale ou vieilli. C’est une raison d’inspecter, de nettoyer ou de sécher l’équipement et de refaire l’essai, mais non un diagnostic en soi, car un isolant de très haute résistance peut aussi donner un rapport bas.
On peut le mesurer sur la plupart des systèmes d’isolation d’enroulements avec un mégohmmètre approprié, mais les normes précisent où il est attendu, par exemple sur les grosses machines et sur certains équipements immergés dans le liquide. Lorsque l’équipement ou son isolant rend l’essai inadéquat, on recourt plutôt à la lecture chronométrée ordinaire et à d’autres essais.
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