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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Conclusion4. Évolutions des isolements des lignes électriques
Les isolateurs en matériaux composites se sont développés principalement sur deux segments : les lignes compactes (figure 13) et les lignes situées dans des zones de forte pollution environnementale pour lesquelles la limitation du courant de fuite en surface de l'isolant est assuré par un revêtement silicone hydrophobe. Alors que le premier domaine d'application reste indiscutablement le secteur de prédilection des matériaux composites, on note une remise en question de leur usage systématique pour les applications en zones très polluées. Cela est la conséquence directe des incidents, risques, difficulté de travail sous tension, inspection des lignes et problèmes de fiabilité divers rencontrés avec cette technologie au cours de la dernière décennie.
Lorsqu'un isolateur en verre trempé ou en porcelaine se trouve confronté à un environnement très pollué (sel de bord de mer, pollution avec dépôt important de poussière d'origine industrielle...), la conductivité des dépôts à la surface du diélectrique lorsqu'il est humide peut entraîner l'amorçage d'un arc électrique le long de la chaîne isolante, conduisant à une interruption de service de la ligne. Pour pallier cette difficulté, l'utilisation d'un revêtement en matériau silicone (figure 9 a ) dans les isolateurs composites permet de réduire cette conductivité (appelée « courant de fuite ») grâce à l'hydrophobicité du matériau silicone. Malheureusement les incidents sur les isolants composites viennent remettre en cause ces avantages. Face à cela, de nouvelles technologies sont apparues.
La combinaison de la recherche d'une fiabilité maximale associée au besoin de limiter les courants de fuite sur les isolateurs a conduit certains fabricants d'isolateurs en verre trempé à fournir un produit recouvert de silicone (figure 17). Alors que les premiers essais dans ce domaine remontent à environ 20 ans, on assiste actuellement à un engouement fort pour ce type de technologie sur les cinq continents, surtout dans les...
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Évolutions des isolements des lignes électriques
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).
-
(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
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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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