Les ensembles d'isolateurs font partie des composants les plus courants dans les réseaux de transport et leur qualité et leurs performances jouent un rôle essentiel pour garantir un approvisionnement électrique fiable. Un élément clé de cela est leur comportement lorsqu’ils sont exposés à un arc électrique. Une mauvaise conception en ce qui concerne le comportement de l'arc de puissance peut réduire considérablement la durée de vie du jeu d'isolateurs et augmenter la probabilité d'interruptions d'alimentation.
Il existe une grande variété d'options de matériaux isolants et d'environnements dans lesquels des ensembles d'isolateurs sont utilisés. En tant que telles, les conceptions des ensembles d'isolateurs varient considérablement et peuvent même devoir être adaptées à des applications spécifiques. Même les plus petites différences de conception peuvent affecter le comportement de l'arc de puissance d'une chaîne. Les tests physiques constituent le moyen le plus fiable d'évaluer le comportement d'un arc de puissance d'une chaîne. C'est pourquoi les services publics exigent de plus en plus que les jeux d'isolateurs soient soumis à des tests d'arc de puissance avant de s'engager à les installer sur leurs réseaux.
Au cours des dernières années, les laboratoires KEMA de Prague ont effectué plus de 160 tests d'arc électrique sur des ensembles d'isolateurs de différents types. Ces tests ont été effectués conformément à la norme CEI 61467:2008. En plus de révéler les modes de défaillance les plus courants pour différents types de jeux d'isolateurs, cet aperçu rédigé par Robert Jech met en évidence un problème potentiel lié à la manière dont la norme CEI 61467:2008 est actuellement définie. Il s'agit d'un problème qui pourrait avoir un impact sur la valeur que les services publics tirent des tests d'aujourd'hui. Les informations obtenues grâce à cela fourniront aux fabricants de jeux d'isolateurs des informations utiles sur la meilleure façon de concevoir des chaînes afin d'augmenter les chances de succès du premier coup dans les tests et ainsi de réduire le temps et l'argent consacrés aux reconceptions. Cela peut également stimuler les discussions autour de la spécification de la norme afin de garantir qu'elle répond de manière égale aux besoins des fabricants et des services publics.
Les tests d'arc électrique des ensembles d'isolateurs chez KEMA sont effectués conformément à la norme CEI 61467 : 2008. Cette norme s'applique aux chaînes ou ensembles d'isolateurs composés de céramique, de verre ou de matériaux composites qui seront montés sur des poteaux ou des tours métalliques et utilisés dans des lignes aériennes CA avec une tension nominale supérieure à 1 000 V.
La norme définit les méthodes, paramètres, circuits, etc. pour les tests d'arc de puissance sur les jeux d'isolateurs et les chaînes courtes. Différentes dispositions de test sont autorisées dans la norme et le choix dépend de l'application finale des jeux d'isolateurs, en fonction des exigences du client. Le circuit et les séries de test doivent être choisis en fonction de facteurs tels que la géométrie et le type d'isolateur, sa position sur la ligne et le type de tour.
Dispositions de test
La position prévue d'un appareil sur une ligne détermine s'il doit être testé avec un circuit d'alimentation équilibré ou déséquilibré et, en fonction des paramètres de la ligne, le courant de court-circuit -à utiliser pendant le test. Si l'ensemble d'isolateurs doit être positionné dans les premiers ou les derniers 5 % d'une ligne, il doit être testé avec un circuit d'alimentation déséquilibré, tandis que les ensembles destinés à être situés entre les points 5 % et 95 % de la ligne nécessitent un circuit d'alimentation équilibré pour les tests. De même, les ensembles pour la section « moyenne » (c'est-à-dire de 24 % à 76 % de la longueur de ligne) ne nécessitent que 20 % du courant de court-circuit nominal du réseau. Les ensembles destinés à être utilisés à des emplacements compris entre les points 5 % et 24 % - ou entre les points 76 % et 95 % - nécessitent 50 % et les ensembles dans les premiers ou derniers 5 % nécessitent le courant de court-circuit complet du réseau.
Pendant ce temps, le type de tour détermine le choix d'un circuit de retour équilibré ou déséquilibré pendant les tests. Les ensembles à utiliser dans la fenêtre de phase centrale d'une tour nécessitent des tests avec un circuit de retour équilibré (appelé série de tests X). Pour les positions extérieures sur la tour ou lorsqu'il n'y a pas de fenêtre de phase centrale, un circuit de retour déséquilibré est utilisé (appelé série de tests Y). De plus, le nombre de tests à effectuer dépend de si le client souhaite utiliser le même type d'ensemble sur toute la ligne (auquel cas la série complète de tests X ou Y est effectuée) ou seulement sur une partie de la ligne. La figure . 1 montre une disposition de test atypique pour un jeu de cordes en V- avec un isolant composite. Cette disposition de test comprend des circuits d'alimentation et de retour équilibrés. L'arrangement illustré simule une position définie par l'isolateur entre les points 5 % et 95 % de la ligne dans la fenêtre de phase centrale de la tour.
Selon le type de jeu d'isolateurs, la norme CEI 61467:2008 peut également exiger qu'il soit soumis à des tests de vérification en plus du test d'arc de puissance, le principal étant le test de charge de rupture mécanique (MFLT). Ceci est effectué sur les unités d'isolateurs pour garantir qu'elles peuvent résister aux forces mécaniques après l'application d'un arc électrique. Les ensembles d'isolateurs peuvent également être tenus de subir un test de contournement à fréquence d'alimentation sèche (DPFF) pour garantir que l'isolateur ne subit pas de perforations à des tensions inférieures à la tension de contournement. Des tests électriques supplémentaires peuvent être effectués sur les raccords et les conducteurs à l'intérieur du jeu d'isolateurs pour vérifier les capacités de tenue.
Aperçu statistique des tests
L'analyse des résultats des tests effectués sur 162 ensembles d'isolateurs sur une période de cinq -ans est présentée ci-dessous :
Types d'ensembles et de composants d'isolateurs
Les jeux d'isolateurs sont disponibles dans un certain nombre de types de conception et de matériaux isolants différents, en fonction de l'application prévue. Les ensembles d'isolateurs testés pendant la période de cinq -ans comprenaient :
• 92 jeux de suspensions
• 49 jeux de tension
• 17 cordes "V"
• 4 isolateurs à bras croisés-
En termes de matériau isolant utilisé et de conception de l'isolateur, les ensembles d'isolateurs testés comprenaient :
• 81 composites
• 34 verres, capuchon et épingle
• 12 verres, capuchon et épingle (ficelle courte)
• 27 porcelaines, tige longue
• 8 porcelaines, capuchon et épingle
Composants critiques
Les chiffres ci-dessus donnent une indication de la qualité des jeux d'isolateurs disponibles aujourd'hui et de la nécessité constante de tests avant l'installation. Cependant, la connaissance des principaux modes de défaillance des ensembles d’isolateurs est peut-être plus éclairante. Ces informations mettent en évidence les domaines auxquels les fabricants devraient prêter une attention particulière lors de la conception de nouveaux ensembles d'isolateurs.
Ensembles d'isolateurs à tige longue-
Pour les jeux de tiges-longues, trois problèmes potentiels particuliers ont été identifiés. Les parties métalliques de l'unité isolante peuvent avoir tendance à fondre si elles ne sont pas bien conçues. De plus, une mauvaise conception peut conduire à la rupture des hangars situés à proximité de ces pièces métalliques. Enfin, l'arc peut provoquer l'évaporation du métal du raccord de protection de l'appareil, provoquant ainsi des « flaques d'eau ».
Ensembles d'isolateurs composites
Le caoutchouc de silicone utilisé dans les isolateurs composites présente une haute résistance aux tests d'arc électrique. Cependant, le point critique pour ces ensembles est l'endroit où l'âme en fibre de verre se connecte aux embouts métalliques.
Ensembles d'isolateurs Cap & Pin (verre ou porcelaine)
Les isolateurs à capuchon et à broches présentent une résistance mécanique élevée après des tests d'arc électrique. Les principaux domaines de préoccupation pour ces ensembles sont la possibilité de rupture des hangars et, dans le cas des ensembles de verre, le refroidissement des unités capuchon et broche.
Raccords de protection : charge-Protection des raccords de roulement et raccords de direction d'arc
Les tests d'arc électrique imposent des contraintes mécaniques et thermiques beaucoup plus importantes sur ces raccords que les tests de court-circuit-. Ceci doit être pris en compte lors de la conception des dispositifs de protection des jeux d'isolateurs de toutes sortes.
Il existe également un risque que le matériau provenant de ces raccords fonde sur les unités isolantes. Il convient également de veiller à ce que les raccords de protection ne bougent pas pendant l'arc, ce qui pourrait conduire la racine de l'arc à reposer sur les raccords porteurs -.
Raccords de protection : anneaux Corona, anneaux de classement
Ces raccords ne sont pas principalement destinés aux courants d'arc mais influencent la position de la racine de l'arc et son mouvement. Comme pour d'autres raccords de protection, les facteurs de risque incluent ici la fonte du matériau sur les unités isolantes et le mouvement des raccords provoquant l'éloignement de la racine de l'arc de sa position prévue. De plus, des modifications des contours de ces raccords peuvent entraîner une décharge corona et un bruit radio excessif.
Comportement de l'arc électrique pendant les tests
La réalisation des tests examinés ci-dessus permet d'étudier de près le comportement des arcs électriques lors des tests. Deux comportements fondamentaux distincts ont été observés. Dans le premier cas, l'arc de puissance passe entre les équipements de protection destinés à définir son trajet (c'est-à-dire les cornes d'arc, les anneaux d'arc, etc.). Ceci est le comportement prévu de l'arc de puissance et signifie que la majeure partie des contraintes de l'arc est exercée sur les raccords de protection et les ensembles d'isolateurs avec un impact limité sur le matériau isolant lui-même. Ce type de comportement a peu d’impact sur la tour et les conducteurs.
Cependant, un deuxième comportement peut se produire lorsque l'arc se déplace le long du conducteur de ligne ou du pylône. Dans ce cas, l'impact sur l'ensemble d'isolateurs est bien moindre avec des contraintes beaucoup plus faibles sur les raccords de protection et les unités d'isolateurs. Cependant, l'impact négatif sur la tour ou le conducteur qui transporte l'arc est bien plus important.
Actuellement, la norme CEI61467 :2008 ne spécifie pas le comportement de l'arc pendant les tests. Cela n'est pas non plus généralement spécifié dans les documents d'appel d'offres pour les projets d'installation ou de mise à niveau du réseau. Cela pourrait constituer un véritable problème pour les services publics et les fabricants de jeux d'isolateurs. Si la conception du jeu d'isolateurs conduit à ce que l'arc se comporte de la deuxième des deux manières décrites ci-dessus, il est probable que le jeu d'isolateurs réussira le test d'arc de puissance car l'arc n'est pas proche de l'isolateur et ne peut donc pas l'endommager. Cependant, si un tel ensemble est utilisé sur le terrain, tous les arcs ressentis se propageraient le long de la tour ou du conducteur de ligne, provoquant des dommages. De plus, les dommages causés à ces composants seraient plus coûteux à réparer et entraîneraient des pannes plus longues.
Résumé
L'étude statistique des résultats des tests d'arc de puissance a permis d'identifier les points critiques de différents types de jeux d'isolateurs. Cela offre des informations précieuses aux fabricants lors de la conception de nouveaux ensembles d'isolateurs.
De plus, l'expérience acquise lors de ces tests a mis en évidence un problème potentiel avec la norme IEC 61467:2008 telle qu'elle est spécifiée aujourd'hui. Comme la norme ne précise pas le comportement de l'arc pendant les tests, elle pourrait permettre à des ensembles d'isolateurs potentiellement dangereux de réussir les tests. Cela pourrait donner aux services publics un faux sentiment de sécurité quant aux ensembles d'isolateurs qu'ils achètent. Pour garantir que la norme répond aux besoins des services publics, des fournisseurs de matériaux isolants et des fabricants de raccords isolants, cette question doit être résolue. Pour ce faire, le comportement de l'arc pendant les tests doit être spécifié soit via une mise à jour de la norme IEC61467:2008, soit systématiquement dans les documents d'appel d'offres des services publics. Cette dernière solution exigerait que tous les services publics soient davantage conscients de ce problème.
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