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rigidite dielectrique

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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
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