République algérienne démocratique et populaire Ministère de L’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Djilali Bounaama Khemis Miliana Faculté des Sciences et de la technologie Département de génie électrique Thème: Rigidité diélectrique ,des solides, liquides et gaz Présenter par : Roposo Isaac Mattaoui Ayoub Soumana Hama issoufi Année universitaire: 2018-2019 INTRODUCTION • Dans les isolants utilisés en haute tension, il existe plusieurs caractéristiques jouant un rôle influant tels que la conductivité électrique, la permittivité diélectrique, facteur de perte, les intensités des décharges partielles, la rigidité diélectrique... La caractéristique principale qui marquera le thème de notre mini projet sera la rigidité diélectrique. Avant de nous baser sur la rigidité diélectrique des différents isolants (les solides, les liquides et les gaz), nous allons définir les concepts clés du thème ensuite parler de quelques caractéristiques citées ci-dessus. Enfin nous parlerons de l'influence de la température sur les isolants puis donnerons une conclusion. Définitions Un diélectrique est une substance dont la propriété électromagnétique fondamentale est d’être polarisable par un champ électrique. Un isolant est un matériau destiné à empêcher la conduction électrique entre des éléments conducteurs. Un isolant est un matériau de conductivité électrique faible - pratiquement négligeable -, utilisé pour séparer des pièces conductrices portées à des potentiels différents. Un isolant est une substance dans laquelle la bande de valence est une bande pleine séparée de la première bande d'excitation par une bande interdite d'une largeur telle que, pour faire passer dans la bande de conduction des électrons de la bande de valence, il faut une énergie assez grande pour entraîner une décharge disruptive. 3 Caractéristiques des isolants Cinq principales grandeurs électriques caractérisent les isolants utilisés en haute tension : La conductivité électrique, de volume ou de surface, qui n’est jamais nulle. La permittivité diélectrique qui varie passablement selon le type de polarisation en jeu. Le facteur de pertes qui relie la conductivité et la permittivité. L’intensité des décharges partielles qui ne caractérise pas le matériau en tant que tel, mais plutôt la qualité du procédé de fabrication, ainsi que sa dégradation au cours du temps. La rigidité diélectrique, qui joue un rôle primordial en limitant les possibilités d’utilisation d’un isolant. Rigidité diélectrique des solides, liquides et gaz Si on augmente la tension à laquelle est soumis un isolant au-delà d’une certaine valeur appelée tension de claquage, il apparaît un arc électrique dans l’isolant : courant intense traversant l’isolant en suivant un chemin formé par l’arc lui-même. Dans ce cas, l’isolant est percé : il y a rupture diélectrique ou claquage destruction de l’isolant, irréversible pour les isolants solides (carbonisation), réversible pour les isolants gazeux et liquides (recombinaison des ions avec des électrons). Par rapport aux positions relatives de la direction du champ électrique et des surfaces principales de l’isolant, la rigidité diélectrique peut être transversale ou longitudinale. La rigidité diélectrique dépend de : La fréquence, la forme et la durée d’application de la tension ; La température, la pression et l’humidité de l’atmosphère ; - la présence d’impuretés dans l’isolant (bulles d’air, humidité, ...). Les isolants solides Isolants naturels : bois, mica, verre, gutta-percha, caoutchouc, cellulose Polymères thermoplastiques : PVC, polystyrène, nylon, polycarbonate, polyéthylène, téflon, kapton, etc. Élastomères synthétiques : EPR, néoprène, certains silicones Papiers synthétiques : nomex, prespan, kevlar Polymères thermodurcissables : résines époxy, bakélite, dellite, canevasite, certains silicones Autres : céramiques (porcelaine), béton, paraffine 6 Les isolants liquides Les isolants liquides Huiles minérales : elles sont généralement tirées du pétrole. Huiles végétales, de nombreuses plantes : ricin, colza, tournesol, arachide, olive… Huiles ou fluides synthétiques spéciaux : résistants au feu, biodégradables, etc. Liquides cryogéniques : azote liquide, hélium liquide… Les huiles sont souvent utilisées en combinaison avec des isolants solides poreux: l’isolation papier-huile est courante dans les transformateurs. 7 Les isolants gazeux Les isolants gazeux Air, azote, gaz carbonique (CO2), hexafluorure de soufre (SF6). Les isolants gazeux peuvent être mélangés dans différentes proportions et sont utilisés sous différentes pressions. Le vide Le vide n’est jamais totalement vide ! Les phénomènes qui s’y déroulent dépendent de manière critique des traces de gaz résiduelles et aussi des impuretés présentes sur les électrodes, que le champ électrique, à partir d’une certaine intensité, peut vaporiser dans l’intervalle supposé vide. Le vide a été considéré comme un bon conducteur jusqu’à la fin du 19e siècle! La raison en est que les pompes à vide ne permettaient d’obtenir qu’un gaz plus ou moins raréfié, dans lequel les ions ont une mobilité élevée. 8 Rigidité diélectrique du SF6 La rigidité diélectrique du SF6 est 2,5 fois plus élevée que celle de l’air dans les mêmes conditions. Une tension de claquage nettement plus supérieure que celle de l’air, permet de réduire d’autant les distances entre les éléments entre lesquels existe une différence de potentiel (distance d’isolement). Influence de la température sur les isolants Une élévation de température contribue à diminuer la durée de vie d’un isolant : Diminution de la résistance d’isolement (les isolants ont généralement un coefficient de température négatif) ; Diminution de la rigidité diélectrique ; Oxydation ; Ramollissement pouvant atteindre la fusion LOI EXPERIMENTALE DE VIEILLISSEMENT DES ISOLANTS Une augmentation de 10 °C de la température d’un isolant conduit à doubler sa vitesse de vieillissement. L’élévation de température est provoquée par les pertes diélectriques et l’échauffement des conducteurs. La chaleur est difficilement évacuée par les isolants car ceux-ci ont une conductivité thermique très faible. Rigidité diélectrique de quelques matériaux Matériau Air Rigidité diélectrique (kV/mm) 3 Quartz 8 Titanate de strontium 8 Néoprène 12 Nylon Pyrex 14 14 huile silicone 15 Papier 16 Bakelite 24 Polystyrène 24 Vide réel 251 Teflon 60 Mica 150 Vide parfait 10122 Conclusion : La brève étude de la rigidité diélectrique des différents isolants (solides, liquides et gaz) nous a permis d'abord de comprendre les différentes définitions d'un isolant et aussi le rôle de la rigidité diélectrique. De plus nous avons retenu des paramètres influençant la rigidité diélectrique des isolants tels que la température ; aussi nous avons pu comparer entre les liquides, solides et gaz à partir d'un tableau les éléments ayant la plus forte rigidité diélectrique. Enfin il sied de retenir que néanmoins l'existence d'une rigidité diélectrique élevée, l'on ne peut clairement considérer bon un isolant sans pourtant avoir les informations nécessaires sur les autres caractéristiques de l'isolant.... Merci Pour votre attention
