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Un peu dhistoire...

Grce aux travaux de Coulomb, Volta,

Ampre, les premires lois de llec-

trostatique et de llectricit apparaissent

ds le dbut du XVIIIe sicle. La loi de

Coulomb sexprime comme suit : lin-

tensit de la force lectrique entre deuxcorps est proportionnelle au produit de

leur charge lectrique et inversement pro-

quipements lectriques

Dcharges partielles ou effets corona ?Y a-t-il quelque chose de bon ?

ParJean-Christophe ERNOUX

Les dommages engendrs par ces phnomnes ne sont pas amusants.

Les effets couronnes ont causde nombreuses casses dquipements

lectriques ces dernires dcennies : transformateurs, jeux de barre,

isolateurs, ttes de cble, alternateurs.

Ce phnomne nest apparemment pas bien assimilpar les fabricants,

les installateurs, et les responsables maintenance.

Et souvent, il nest pas identificomme tant la source de dfauts.

Pourtant une dfaillance de ceux-ci entrane des arrts de pro-duction et des pertes dexploitation qui peuventtre colossales dans

certains cas

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portionnelle au carr de la distance qui

les spare.

Un peu de thorie

Une charge lectrique cre un champ

lectrique dans lespace qui lentoure.

Lorsque nous approchons une deuximeparticule charge, celle-ci ne va pas inter-

agir directement avec la premire, mais

plutt ragir au champ dans lequel elle

se trouve. De cette faon, le champ joue

le rle dintermdiaire entre les particules

charges. Lunit de charge adopte parle Systme International est le coulomb

(C), ce qui reprsente une valeur assez

leve puisque la charge dun lectron

est -1.60219E-19 C.

Nous pouvons obtenir la configuration

du champ cr par une charge ponctuelle

statique Q en mesurant la force agissant

en divers points sur une petite charge

dessai q. Le vecteur champ lectrique,

E, est la force par unit de charge place

en ce point :

E = F (newton/coulomb)q

Le champ lectrique est dans la mme

direction que la force agissant sur une

charge dessai positive et dans le sens

oppos si la charge dessai est ngative.

Ainsi, les lignes de champ (ou lignes de

force) se dirigent des charges positives

vers les charges ngatives. Le champ

lectrique cr par une charge ponctuelle

Q est :

E = Q iR4*(pi)*E0*R2

o :

- Q est la valeur de la charge ponctuelle

statique lorigine du champ lectrique.

- R est la distance entre la charge Q et

le point partir duquel nous mesurons

le champ lectrique.

- E0 est une constante environ gale

8.854E-12 C2/N*m2.

- iR est un vecteur unitaire situ sur la

ligne reliant les deux points sous consi-

drations.

Nous pouvons appliquer le principe de

superposition au champ lectrique. Ainsi,

pour calculer en un point le champ cr

par un systme de charges, nous devons

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De gauche droite : Alessandro Volta (1745-1827),

Charles de Coulomb (1736-1806), AndrMarie Ampre (1775-1836).

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dabord dterminer sparment les champs

lectriques dus chacune des charges

prises individuellement, ce qui donne, pour

un ensemble de n charges :

Le champ lectrique semble rayonner

dans lespace partir des sources duchamp cest--dire des charges lec-

triques en suivant les lignes de champ.

Dans le cas de deux charges de signe

oppos, le champ se comporte la

manire dun fluide qui jaillirait de la

charge positive et disparatrait en sen-

gouffrant dans la charge ngative un peu

comme un liquide dans un siphon. Les

lignes de champ peuvent tre assimiles

aux lignes dcoulement dun fluide aux

proprits particulires ; lintensit du

champ en un point correspondrait lavitesse du fluide imaginaire en ce mme

point. Cette analogie fut formellement

mise en vidence ds 1847 par William

Thomson (Lord Kelvin).

Lexprience prcdente nous apprend

donc que lorsque les lignes du champ

lectrique se resserrent, lintensit de

celui-ci crot ! Inversement, lorsque

celles-ci scartent, lintensit du champ

dcrot.

Les lignes de champ prsentent une autre

proprit fondamentale : elles sont tou-

jours perpendiculaires la surface dun

conducteur. Dans le cas dune surface

plane, il suffit de constater que le champ

engendr en un point donn est la rsul-

tante des champs crs par toutes les

charges se trouvant rparties uniform-

ment sur la surface.

Les champs lectriques intenses (valeur

de crte proche de 20 kV/cm dans lair)

peuvent se produire la surface des

conducteurs et des composants des sys-

tmes haute tension. Dans certaines

circonstances, ce phnomne mne

lionisation et la disrupture lectrique

de lair entourant le conducteur. Cet effet

est connu sous les noms deffluves, dai-

grettes, ou simplement couronne. Le

feu de Saint Elme qui apparat parfois

sur les mts des navires est un exemple

de couronne naturelle.

En gnral, les effets corona se concen-

trent sur des lments saillants des parties

mtalliques sous tension.

La forte densit de charge accumule sur

les pointes donne naissance un champ

lectrique important dans le voisinage de

la pointe (ce champ est proportionnel

la densit de charge par unit de surface).

Ce champ lectrique acclre les quelques

lectrons libres qui se trouvent dans levoisinage et ces lectrons peuvent acqu-

rir suffisamment dnergie cintique pour

leur tour ioniser dautres molcules de

lair au voisinage de la pointe, librant

dautres lectrons qui sont acclrs leur

tour, et ainsi de suite. Il existe donc un

faible courant qui passe de latmosphre

vers la pointe. La recombinaison des lec-

trons avec les ions saccompagne de

lmission de photons (de lumire) et

cest cette lumire qui gnre les micro-

tincelles que lon peut parfois voir danslobscurit. Pour que le phnomne se

produise, le champ lectrique doit tre

suffisamment fort pour acclrer les lec-

trons une vitesse minimum avant que

Les micro-amorages gnrs par les effets corona engendrent des dtriorations

sur les isolants, de srieuses avaries, des arrts de production et parfois des morts.

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Le contrle ultrasonore prend alors toute son importance. Dans ces cas

loprateur, avec un dtecteur de dfauts ultrasonores de type Ultraprobe 2000,

coute les joints de portes, les arations et au niveau des vitres plexiglas en face

avant des appareillages. La sensibilitde certains appareils ultrasonores a t

valide par EDF afin de connatre leur seuil de dtection.

Le champ lectrique assimil

un fluide non compressible

Figure 1 : le rtrcissement

des lignes de champ (resserrementdu tuyau) induit un accroissement

du champ (augmentation

de la vitesse du fluide).

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Quelques dfauts rencontrs

Les dfauts suivants ont t dtects

grce lcoute ultrasonore des agita-

tions molculaires lies aux dcharges

partielles.

tude n 1

Dans la figure 1, la dtection ultrasonore

a permis de dtecter un dfaut sur cette

descente arosouterraine. Ces lments

se situent une hauteur de 20 mtres au-

dessus du sol.

Le dtecteur de dfauts ultrasonores a

immdiatement indiqu quun effet

corona destructif se produisait sur ll-ment de gauche.

En outre, dans le thermogramme de la

figure 1, le gradient thermique entre ces

Figure 2

(image UV et visible ;

280 nm - 410 nm).

Comparaison dune image UV et IR

deffets corona sur le mme

quipement.

ceux-ci nentrent en collision avec les

autres molcules, sinon celles-ci ne

peuvent tre ionises. Cest pour cela

quon observe le phnomne proximit

des pointes seulement (voir figure 2).

Autre image

UV solar-blind (254 nm) et visible.

supports ne permettait pas didentifier

un problme grave. Aprs dmontage de

lquipement, il sest avr que lint-

rieur de lisolant avait t partiellement

dtruit par les effets corona.

tude n 2

Les cellules fermes 20 kV sont les pre-

mires concernes pour leur suivi ultra-

sonore des dcharges partielles. Dans le

cas de cellules fermes, la dtection de

dfauts lectriques par imagerie infra-

rouge nest pas possible (sauf avec la

pose de hublots transparents aux IR).

tude n 3

Dans ce cas on constate que le croise-

ment des terminales gnre une discon-

tinuit du gradient lectrique. La poudre

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Les effets corona

et linfrarouge

Dans ce cas prcis le thermogramme

nindique quune lvation de 3 C sur

le scellement de colonne et rien sur les

tresses associes.

Il faut bien comprendre que les effets

corona sont des phnomnes capacitifs

et que la thermographie infrarouge

permet de dtecter dautres rsultantes

dues aux effets joules.

Figure 1 : thermogramme.

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En conclusion

Un prestataire national en thermographie

infrarouge a remarqu quenviron 4 %

des cellules fermes inspectes prsen-

taient des dcharges partielles.

Ces dfauts peuvent se situer principale-

ment en 3 endroits distincts :

- les ttes de cble ;

- les embrochages ;

- les jeux de barres.

La complmentarit du diagnostic infra-

rouge et ultrasonore est la meilleure solu-

tion pour linspection des appareillages

lectriques.

Les camras infrarouges peuvent dtec-

ter les anomalies rsistives. Linstrumentde dtection de dfauts ultrasonores loca-

lise les anomalies capacitives.

Remerciements aux ingnieurs de dBVibjc.ernoux@gmail.com

Et tous les prestataires de services en

thermographie utilisant dj la dtection

ultrasonore de dfauts lectriques que jai pu

rencontrer et former ces dix dernires annes.

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minal et un taux important de corro-

sion des parties mtalliques d la for-

mation dozone (O3) gnre par les

effets corona.

Cellule MT Support de manuvre.

Cellule MT Embrochage.

Vue n 1.

Zoom de la vue n 1.

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blanche observe est ni plus ni moins un

driv nitr appel communment acide

nitrique (HNO3). On peut imaginer les

effets sur lisolant moyen terme

tude n 4

Dans ce cas lquipement tait ferm

mais lcoute ultrasonore des dfauts a

permis dviter le pire.

On constate la formation de drivs nitrs

sur la partie suprieure de chaque ter-

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