Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Parmi les matériaux ayant des caractéristiques électriques isolantes, le verre s’affirme comme un candidat idéal. Son utilisation est cependant conditionnée par la manière dont les contraintes mécaniques sont appréhendées. De ce fait, les applications du verre dans le domaine de l’isolement électrique se retrouvent soit dans le domaine des verres trempés soit dans des technologies où le verre est utilisé à l’état de fibres de renforcement de polymères. Chacun de ces deux domaines sera abordé dans cet article en partant de la chimie des matériaux et des modes de fabrication de ces isolants, avec une description des contraintes électrique, mécanique et chimique auxquelles ils sont soumis et des particularités des domaines d’applications dans lesquels on retrouve l’une ou l’autre de ces technologies.
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Among the materials having electrical insulating properties glass is an ideal candidate. The mechanical constraints of the applications dictate however how it should be used. Glass applications in electrical insulation are therefore concentrated in toughened glass insulators or glass fibers for reinforcement of polymers. Each of these technologies will be approached in this article from a material and chemical aspects as well as their manufacturing particularities. Electrical mechanical and chemical applied stresses will be described and the particularities of their respective domains of application discussed.
Auteur(s)
-
Jean-Marie GEORGE : Directeur scientifique - Société SEDIVER, Saint Yorre, France
INTRODUCTION
Cet article traite des verres utilisés dans le domaine électrotechnique, dont les principales applications se trouvent dans les techniques d'isolement électrique de conducteurs ou d'éléments sous tension dans les réseaux de transport et de distribution d'électricité. Ce document privilégie les verres moulés ainsi que les fibres de verre destinées au renforcement mécanique de pièces en résine directement au contact d'éléments conducteurs, par exemple dans les isolateurs en matériaux composites de ligne ou de poste, les structures tubulaires employées dans les isolateurs de poste ou encore les parafoudres de distribution ou de ligne très haute tension.
La trempe du verre, dont on expliquera ici les aspects fondamentaux, a permis de prendre en compte les charges mécaniques en traction, de plus en plus importantes, imposées aux lignes électriques aériennes, renvoyant l'isolant en verre recuit au passé. Par ailleurs, les isolants constitués de matériaux polymères renforcés par des fibres de verre permettent des applications d'isolement dans lesquelles les contraintes mécaniques ne sont pas seulement des efforts de traction, mais aussi la flexion ou la compression, ou leur combinaison.
La chimie des verres utilisés dans le domaine de l'isolement électrique se distingue principalement par la nature des courants appliqués (alternatifs ou continus) sur les isolants moulés alors que la corrosion chimique ou électrochimique des fibres de verre oriente les choix dans les matériaux utilisés pour le renforcement des polymères.
On fera abstraction de certains aspects théoriques pour lesquels les documents en référence peuvent être consultés, et où le lecteur trouvera le détail des équations et principes physiques fondamentaux se rapportant au matériau verre en général ainsi que ses propriétés.
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KEYWORDS
Toughening | mechanical reinforcement of polymer insulators | Toughened glass | glass fibers
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 2009 par Jean-Marie GEORGE
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Application aux isolateurs de lignes aériennes1. Caractéristiques générales des verres
1.1 Adéquation entre le matériau et le domaine d'application
Les caractéristiques des verres utilisés en électrotechnique sont différentes selon les applications, qu'elles soient en verre moulé ou réalisées avec des fibres de verre. D'une manière générale, les caractéristiques électriques des verres sont secondaires (le verre, par nature, dispose de caractéristiques électriques isolantes) et ce sont surtout les caractéristiques chimiques et d'abord mécaniques qui sont déterminantes.
Dans le cas de pièces moulées, il existe deux familles principales qui se différencient par la résistance mécanique du verre. Certaines pièces ne nécessitant pas de grande résistance mécanique sont moulées et recuites. La limite mécanique du matériau lorsqu'il est recuit a amené les fabricants d'isolateurs en verre à développer et à adapter le procédé de la trempe (plus commun dans le domaine du verre plat) à des objets aux formes plus complexes, tels que les isolateurs en verre des lignes aériennes.
Pour les fibres de verre utilisées dans le renforcement mécanique des isolants en matériaux organiques, on doit distinguer les applications pour lesquelles le renforcement d'un isolant plastique ou autre nécessite l'incorporation de fibres coupées, et les applications pour lesquelles la fibre de verre, utilisée en continu, est directement liée à la fonction isolante. On se concentrera surtout sur cette seconde famille d'applications pour laquelle les contraintes, plus spécifiques, nécessitent une analyse plus détaillée. Le renforcement de l'objet isolant sera défini en particulier par le taux de verre ; par contre, l'expérience en service des isolants en matériaux composites a révélé au cours de la dernière décennie une faiblesse chimique des verres utilisés jusqu'alors, en particulier la résistance aux acides. Il existe aujourd'hui des verres de renforcement dont la caractéristique principale est définie par la tenue aux conditions corrosives des environnements et aussi par la tenue aux acides générés par les décharges électriques sur la surface des matériaux isolants. La présence d'activité corona (ionisation de l'air sous l'effet de champs électriques) sur la surface des matériaux isolants est considérée aujourd'hui comme l'un des principaux risques de défaillance des matériaux polymères isolants.
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Caractéristiques générales des verres
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ZARZYCKI (J.) - Les verres et l'état vitreux. - Masson (1982).
-
(2) - RIVIERE (D.) - Le verre trempé et son utilisation pour l'isolement des lignes aériennes à haute tension. - RGE, n° 5 (mai 1966).
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(3) - DUMORA (D.), SAISSE (H.), KNOSP (B.) - Thermal tempering study of glass insulators by means of a finite element modellization. - 14th International Congress on Glass, Dehli (1986).
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(4) - GRIFFITH (A.) - * - Proc. first internat. congr. appl. mechanics deft, p. 55 (1924).
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(5) - GEORGE (J.M.), DEL BELLO (E.) - Assessment of electrical and mechanical performance of toughened glass insulators removed from existing HV lines. - CIGRE Canada Conference on Power Systems Calgary (juillet 2007).
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(6) - GORUR (R.), SHAFFNER (D.), CLARK (W.) - Utilities share their...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
CIGRE Conseil international des grands réseaux électriques, sessions ayant lieu tous les deux ans à Paris (années paires) http://www.cigre.org
JEC Composites Show ayant lieu tous les ans à Paris http://www.jeccomposites.com
HAUT DE PAGE
Commission électrotechnique internationale
CEI 60383-1 - 1993 - Isolateurs pour lignes aériennes de tension nominale supérieure à 1 000 V – Partie 1 : Éléments d'isolateurs en matière céramique ou en verre pour systèmes à courant alternatif – Définitions, Méthodes d'essai et critères d'acceptation
CEI 60383-2 - 1993 - Isolateurs pour lignes aériennes de tension nominale supérieure à 1 000 V – Partie 2 : Chaînes d'isolateurs et chaînes d'isolateurs équipées pour systèmes à courant alternatif
CEI 60672-1 - 1995 - Matériaux isolants à base de céramique ou de verre – Partie 1 : Définitions et classification
CEI 60672-2 - 1999 - Matériaux isolants à base de céramique ou de verre –Partie 2 : Méthodes d'essai
CEI 60672-3 - 1997 - Matériaux isolants à base de céramique ou...
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