Comprendre les tests à 1 Hz : principes scientifiques de l'évaluation améliorée de l'isolation
L'intégrité de l'isolation est primordiale dans les équipements électriques haute tension (HT).
Pour évaluer l'état de l'isolation, les ingénieurs s'appuient sur les tests du facteur de dissipation de la fréquence de ligne (LF DF) depuis des décennies.
Cependant, des avancées récentes ont montré que le fait de compléter cette méthode traditionnelle avec des tests à 1 Hz pouvait fournir une évaluation plus complète et plus précise.
Examinons la théorie derrière cette approche innovante.
Réponse diélectrique dans le domaine de fréquence
Pour comprendre comment fonctionne le test à 1 Hz, nous devons d'abord analyser le concept de réponse diélectrique.
Lorsque nous appliquons un signal sinusoïdal à un système d'isolation, nous pouvons mesurer diverses propriétés diélectriques, y compris la capacité, la permittivité complexe et la conductivité.
La densité de courant totale comprend deux composants :
- l'un étant en phase avec le champ appliqué (composant résistif)
- l'autre à 90° menant le champ appliqué (capacitif).
Ces mesures nous donnent des informations précieuses sur l'état de l'isolation sans causer de dommages.
En particulier, le rapport entre les composants imaginaires et réels de la permittivité complexe, ε ̂connu sous le nom de facteur de dissipation ou tan delta (δ), est crucial pour évaluer l'état de l'isolation.
ε ̂=ε^' (ω)-iε"(ω)
tanδ (ω)=(ε" (ω) )/(ε^' (ω) )
La température, ça compte : la loi d'Arrhenius
Malheureusement, les mesures du tan delta dépendent de la température, et l'un des défis des tests d'isolation est la prise en compte des variations associées.
La loi d'Arrhenius montre comment la température affecte la réponse diélectrique :
L=ln(f_2 )-ln(f_1)=-E_a/κ_B (1/T_2 -1/T_1 )
Où Ea est l'énergie d'activation, kB correspond à la constante de Boltzmann et T est la température en Kelvin.
Cette équation permet de normaliser les mesures à une température de référence (généralement 20 °C). Cette correction est essentielle pour permettre des comparaisons précises au fil du temps ou entre différents équipements.
L'effet de la température sur un échantillon de papier imprégné d'huile (OIP) est illustré à la Figure 1.
Facteur de dissipation de la fréquence de ligne : l'approche traditionnelle
Traditionnellement, l'évaluation de l'isolation s'appuie sur les tests du facteur de dissipation de la fréquence de ligne effectués à 50 ou 60 Hz. Bien que cette méthode soit utile, elle présente des limites.
Les valeurs du facteur de dissipation de la fréquence de ligne peuvent parfois rester stables même lorsque l'isolation se dégrade, ce qui signifie que les résultats du test ne révèlent pas les premiers signes associés aux problèmes.
De plus, comme nous l'avons déjà noté, les résultats dépendent fortement de la température, ce qui rend difficile une interprétation précise sans correction appropriée.
Test à 1 Hz : une approche complémentaire
En mesurant le facteur de dissipation à 1 Hz ainsi qu'à la fréquence de ligne, nous bénéficions de plusieurs avantages :
1. Sensibilité accrue : les mesures à 1 Hz sont jusqu'à dix fois plus sensibles aux changements de l'état de l'isolation que les tests LF.
2. Détection précoce : les problèmes qui peuvent être manqués par le test du facteur de dissipation de la fréquence de ligne seul peuvent souvent être identifiés par des mesures à 1 Hz.
3. Interprétation immédiate : les résultats à 1 Hz sont souvent plus faciles à interpréter sans que les tendances à long terme soient requises.
Concept de fréquence présentant les pertes les plus faibles
Pour apprécier pleinement la valeur des tests à 1 Hz, nous devons comprendre le concept de fréquence présentant les pertes les plus faibles dans la réponse diélectrique de l'isolation par papier huilé.
Lorsque nous balayons les différentes fréquences, nous observons un point de transition (ωr) au niveau duquel la réponse diélectrique passe d'un système relativement linéaire à faible perte à une région à perte plus élevée, avec une dispersion plus importante.
Les variations de température entraînent le décalage de cette fréquence présentant les pertes les plus faibles. Des températures plus élevées la poussent à des fréquences plus élevées, tandis que des températures plus basses la font baisser.
Ce décalage est essentiel à comprendre, car les changements dans l'axe vertical ou horizontal de la courbe de réponse diélectrique peuvent indiquer un changement dans l'état de l'isolation, comme illustré à la Figure 2.
En mesurant à la fois à la fréquence de ligne et à 1 Hz, nous pouvons mieux identifier ce comportement et obtenir une image plus complète de l'état de l'isolation.
Conclusion
La combinaison des tests du facteur de dissipation de la fréquence de ligne et à 1 Hz, associée à une correction de température appropriée, fournit un outil puissant pour évaluer l'état de l'isolation des équipements HT.
Cette approche offre une sensibilité accrue, une détection précoce des problèmes et des résultats plus fiables dans diverses températures.
Alors que nous continuons à repousser les limites des systèmes d'alimentation électrique, ces méthodes de test avancées deviennent de plus en plus nécessaires pour maintenir la fiabilité et prolonger la durée de vie des équipements les plus précieux.
Dans les prochains articles, nous étudierons les applications pratiques de la technologie à 1 Hz et la façon dont elle révolutionne les pratiques de maintenance sur le terrain.
