Essais diélectriques des systèmes CCHT à isolation gazeuse

Contenu de la Brochure Technique

Après une introduction et la présentation des principaux objectifs de la BT (chapitres 1 et 2), on examine dans le chapitre 3 les contraintes de tension et de surtension  auxquelles sont exposés les  systèmes à isolation gazeuse CCHT. Les surtensions provenant de la ligne de transport ou du convertisseur sont analysées, à partir de cas typiques de conception de liaisons CC, et en prenant en considération différentes technologies de convertisseur. A cette fin, on s'est intéressé aux surtensions à front lent (SFO) provoquées par des défauts à la terre survenant en différents endroits d'une ligne de référence de 400 km. Les effets de ces contraintes SFO appliquées aux bornes du convertisseur ou du poste CC sont étudiés, ainsi qu'à l'interface GIL-OHL (ligna aérienne) quand des lignes sont hybrides et comportent des sections GIL. On examine aussi les effets des  SFO survenant aux bornes des convertisseurs à la suite de défauts à la terre du côté CC ou de côté CA. Pour la coordination de l'isolement des amplitudes de SFO de l'ordre de 2 p. u. peuvent être prises en compte. En ce qui concerne les surtensions à front raide (FFO), on a analysé les contraintes induites par un choc de foudre à proximité des bornes du convertisseur et à une interface GIL-OHL.  Les amplitudes des FFO atteignent environ 2,1 p. u., quand des parafoudres de capacité appropriée sont installés.

Le chapitre 4 traite des phénomènes fondamentaux et des propriétés des isolations soumis à des contraintes de tension et de surtension CC. La Figure 1 montre un exemple d'isolation mixte typique des systèmes à isolation gazeuse, constitué d'une isolation gazeuse ainsi que d'une isolation polymère, avec un conducteur métallique à un potentiel de tension élevé et une enveloppe mise à la terre. On commence par décrire la conduction au sein de l'isolation solide et à la surface des isolateurs, l'accumulation des charges, la transition de champ et les effets à l'interface gaz-solide. Ensuite on s'intéresse aux propriétés isolantes des systèmes gaz-solide, avec d'abord les caractéristiques d'isolation de l'intervalle de gaz et des isolateurs soumis à la contrainte CC, puis la présentation des propriétés typiques des matériaux isolants du point de vue de leurs résistivités massique et surfacique. A la suite sont examinés les facteurs d'influence, tels que la dépendance au  champ électrique appliqué et à la température, l'humidité, les charges d'espace, etc., et des valeurs typiques de conductivité sont données. Le dernier sous-chapitre présente les simulations mathématiques et leurs vérifications. Les outils de simulation sont en majorité basés sur la Méthode des Eléments Finis (FEM). Dans les outils de simulations multi-physiques la simulation du champ électrique  et de la distribution des charges peut être liée à la distribution des températures, et des variations des propriétés du matériau en fonction de  la température – et du champ.  .La vérification de la simulation est faite par des mesures du potentiel de surface des isolateurs modèles et sur des isolateurs réels utilisés dans systèmes à isolation gazeuse.

Le chapitre 5 présente les défauts d'isolation typiques et les caractéristiques des décharges partielles (DP) associées.  Les défauts des systèmes à isolation gazeuse CC sont similaires à ceux rencontrés dans les systèmes CC: particules mobiles, saillie sur le conducteur HT, particules déposées sur une entretoise,  écrans déplacés, mal alignés ou mal fixés, et vacuoles dans les constituants de l'isolation solide. Comme le défaut le plus courant dans les systèmes à isolation gazeuse est provoqué par des particules mobiles et que celles-ci ont des conséquences plus graves  sous une contrainte CC, on s'intéresse surtout au déplacement des particules et à la séquence d'impulsions de polarité positive et négative. Les phénomènes de rebond de particule et de "luciole" sont décrits de manière particulièrement détaillée.

Dans le chapitre 6 on présente le contexte des essais diélectrique destinés à prouver la capacité de tenue aux phénomènes se produisant dans les systèmes à isolation gazeuse CC.  Dans le premier sous-chapitre on situe l'isolateur dans l'environnement du système à isolation gazeuse et on expose les idées de base du système d'essai de l'isolation électrique, c. à d. la philosophie d'exécution des essais, la procédure d'essai, avec des exemples de configuration d'essai (Figure 2).

Le deuxième sous-chapitre traite des particules, des mesures  pour les limiter, ainsi  que de la détection et de l'identification des particules par les essais de DP et les analyses de données de DP. Les méthodes d'Analyse des Séquences d'Impulsions (PSA) sont décrites comme un outil qui convient pour visualiser et identifier les défauts sous tension CC. Le troisième sous-chapitre porte sur le comportement des matériaux isolants au cours de leur durée de vie. Les investigations confortent la conclusion que leur vieillissement sous contrainte de tension CC ne conduit pas à des évolutions critiques, en comparaison de leur comportement sous tension CA au même niveau de contrainte diélectrique. Dans le quatrième chapitre on décrit l'installation prototype conçue pour recueillir des informations supplémentaires sur l'évolution à long terme des capacités de ce type de technologie; un scénario basique d'essai,  combinant l'application de niveaux de tensions d'essais CC  et une surimposition d'impulsions de tension, et des configurations d'essai exemples sont présentées.

Dans le chapitre 7 sont proposées des recommandations concernant des essais diélectriques des systèmes CCHT à isolation gazeuse, dont les essais de type de routine et les essais sur site, ainsi que l'installation d'essai prototype. La nature des essais  est présentée dans le Tableau 1.

Dans ce chapitre sont proposés les éléments fondamentaux d'une future Norme CEI. On définit les tensions d'essai, les courants d'essai et des niveaux d'essai, la procédure d'essai, le système d'isolation CC particulier, importante partie de l'essai de type, et les critères d'acceptation. Pour les essais de surimposition de tension, aucun contournement de surface de l'isolateur n'est accepté. Il est recommandé de commencer par des essais initiaux de DP sous tension CA, pour profiter de l'important stock d'expériences de DP CA  accumulées à ce jour, contrastant avec les expériences très limitées d'essais DP sous tension CC.  Pour le prototype d'installation d'essai la séquence des essais de base et différentes options sont présentées, avec les critères d'acceptation, la procédure de répétition des essais (dans le cas où des défauts sont trouvés ou si un contournement se produit), et la procédure de reprise des essais après les interruptions.

Le chapitre 8 couvre à nouveau les équipements d'essai et les procédures d'essai pour guider les utilisateurs. Le sous-chapitre 1 traite des essais avec surimposition de tensions (tensions composites). Des explications d'ordre général sont données sur le circuit d'essai aux tensions composites; les options en matière de génération des tensions surimposées, et la description des éléments de couplage et de blocage par éclateur ou par condensateur sont  présentées (Figure 3). Des exemples des phénomènes particuliers qui peuvent se produire avec les différentes options de configuration d'essai sont fournis, et on propose des mesures pour éviter leur impact néfaste sur l'objet en essai.

Le sous-chapitre 8.2 expose en détail l'installation d'essai prototype, le circuit d'essai de base, les circuits de génération et d'injection des courants à tensions élevées, la séquence des essais de durée (essais long terme) et les essais de tensions composites. Concernant la séquence des essais de durée, on spécifie une procédure couvrant les interruptions des essais. Pour des objets de grande longueur, tels que par ex. les GIL on recommande des essais avec  des tensions de choc de manœuvre et de foudre oscillantes, du fait des capacités et des inductances élevées  de la charge de ces objets.

Dans le chapitre 9 on traite des essais de l'interface entre les câbles CC et les systèmes à isolation gazeuse CC. Ces interfaces vont devenir de plus en plus fréquentes, dans la mesure où les systèmes à isolation gazeuse sont connectés directement  aux câbles CC pour profiter de la réduction d'encombrement que procure cet arrangement. Cependant la philosophie des essais,  et les objectifs des essais, sont différents pour les câbles et les systèmes à isolation gazeuse. Tenant compte de ces différences on a procédé à une comparaison des contraintes apparaissant lors des essais diélectrique d'une interface d'un type courant au moyen de simulations, couvrant les deux objectifs des essais. Des recommandations sont proposées in fine, pour poursuivre des investigations dans ce domaine.