Phénomènes de claquage dans les applications industrielles
Préclaquage et claquage des liquides diélectriques

1 - Généralités

• 1.1 - Traits communs au claquage des matériaux
• 1.2 - Cas des liquides

2 - Techniques d’étude et tests de caractérisation du claquage des liquides

• 2.1 - Cellules de mesure pour liquides
  Figure 2 - Configurations d’électrodes utilisées pour l’étude du claquage
• 2.2 - Mesures électriques
• 2.3 - Mesures optiques
• 2.4 - Autres mesures

3 - Mécanisme de streamer

• 3.1 - Streamers et claquage
• 3.2 - Caractéristiques générales des streamers
  Figure 3 - Aspect des streamers dans les liquides Figure 4 - Accroissement de la vitesse des streamers par adjonction d’additifs dans une huile naphténique ( Marcol 70) sous créneau de tension Figure 5 - Vitesse moyenne et allure schématique des streamers positifs selon les différents modes de propagation entre pointe et plan distants de 10 cm soumis à des créneaux de tension Tableau 1
• 3.3 - Propagation des streamers : classification et caractérisation
  Figure 6 - Enregistrements de la lumière émise lors de la propagation de streamers positifs entre pointe et plan, à l’aide d’une caméra à balayage de fente Figure 7 - Comparaison entre les longueurs d’arrêt des streamers positifs en fonction de la tension pour laquelle ils sont générés dans l’huile minérale entre pointe et plan distants de 20 cm Figure 8 - Tension de génération et de propagation en fonction du rayon de la pointe dans le cyclohexane sous créneau de tension à front de montée rapide ( tm = 10 ns) ; distance pointe-plan L = 2,5 mm
• 3.4 - Génération des streamers
  Figure 9 - Temps de retard au claquage en géométrie tige-plan Tableau 2
• 3.5 - Comportement de streamers à la surface de solides isolants plongés dans un liquide
  Figure 10 - Entretoise isolante séparant deux électrodes planes créant un champ uniforme

4 - Physique de base du claquage des liquides

• 4.1 - Propriétés physiques des liquides
  Figure 11 - Diagramme de phase du cyclohexane Figure 12 - Variation de la masse volumique d’un liquide ρL et de sa vapeur ρ v en fonction de la température à différentes pressions Tableau 3
• 4.2 - Nature et comportement des porteurs de charge aux champs très intenses
  Figure 13 - Diagramme d’énergie à l’interface métal/liquide Figure 14 - Courbes courant-tension dans le cyclohexane ultrapur Figure 15 - Courbes courant-tension dans le cyclohexane ultrapur, distance pointe-plan L = 0,5 mm
• 4.3 - Avalanches en phase liquide
• 4.4 - Génération et comportement de bulles gazeuses
  Figure 16 - Génération d’une bulle de gaz et son mouvement dans l’huile de transformateur
• 4.5 - Mécanismes de génération et propagation des streamers négatifs
  Figure 17 - Croissance d’un streamer négatif : train de bulles produit par une pointe dans le cyclohexane par des impulsions successives de courant (100 mA/carreau ; 100 ns/carreau)
• 4.6 - Mécanismes de génération et propagation des streamers positifs
• 4.7 - Champ électrique au voisinage d’un objet conducteur
• 4.8 - Distribution du champ électrique et caractéristiques de propagation des streamers positifs
• 4.9 - Streamers et claquage en géométrie uniforme
• 4.10 - Comportement de bulles gazeuses
  Figure 18 - Influence de la pression sur le champs de claquage (travaux de Kock, d’après Nikuradse)

5 - Phénomènes de claquage dans les applications industrielles

• 5.1 - Claquage de l’huile minérale
  Figure 19 - Valeur efficace de la tension de claquage d’une huile minérale sous tension alternative en fonction de l’écartement des électrodes en géométrie quasi uniforme et en géométrie très divergente Figure 20 - Valeur crête de la tension de claquage d’une huile minérale en fonction de la distance entre les électrodes en géométrie divergente (tige-plan) pour diverses formes d’onde de tension Figure 21 - Effet de la qualité de l’huile sur la tension alternative efficace de claquage à grande distance en géométrie semi-uniforme et en géométrie très divergente, en fonction de la tension efficace de claquage de l’huile mesurée à faible distance (25 mm) entre sphères
• 5.2 - Claquage dans divers liquides
  Figure 22 - Tensions de claquage d’une huile minérale et d’une huile silicone en géométrie divergente (tige-plan) et tension d’apparition de décharges partielles
• 5.3 - Influence des particules sur la rigidité
  Figure 23 - Influence sur la rigidité des dimensions d’une particule cylindrique en acier de longueur l et de diamètre Ø, libre de se mouvoir entre des électrodes planes ( L = 3 cm) sous tension alternative
• 5.4 - Influence de l’eau sur la rigidité
  Figure 24 - Influence de la teneur relative en eau sur la rigidité sous tension alternative mesurée entre électrodes planes et parallèles, d’après
• 5.5 - Influence de l’aire des électrodes et du volume de liquide soumis au champ
  Figure 25 - Effet du volume d’huile contraint sur la rigidité diélectrique d’une huile avec différentes formes d’ondes
• 5.6 - Analyse statistique du claquage. Courbes de vie
  Figure 26 - Exemples de courbes de Weibull Figure 27 - Exemple de courbe de vie établie pour différentes valeurs P de probabilité de claquage dans l’huile minérale (champ uniforme alternatif ; distance entre plans L = 1 cm)
• 5.7 - Décharges partielles et gassing des liquides

6 - Conclusion