Introduction
Les traversées électriques sont des composants essentiels pour une large gamme d'équipements électriques tels que les transformateurs de puissance, les réacteurs shunt, les disjoncteurs, et les condensateurs. Ces dispositifs, bien que paraissant simples, jouent un rôle crucial en permettant le passage du courant haute tension à travers les enveloppes des équipements. Ils assurent cette fonction en fournissant une barrière isolante entre le conducteur sous tension et le corps métallique de l'appareil électrique (qui est à potentiel de terre).
Transformateur de Puissance Traversées Surlignées
Classification et Construction
Les traversées électriques peuvent être classées en deux grandes catégories selon leur construction et assemblage :
Vous aimez cet article ? Assurez-vous de consulter notre Cours Vidéo d'Introduction aux Traversées Électriques ! Le cours comprend un quiz, un manuel, et vous recevrez un certificat à la fin du cours. Profitez-en !
Fonctionnement des Traversées Électriques
La vidéo ci-dessous est un extrait de notre Cours Vidéo en Ligne sur les Traversées Électriques.
Traversées de Type en Vrac
Une traversée de type en vrac se compose d'une tige conductrice centrale généralement fabriquée en cuivre ou en aluminium, entourée d'un isolant. L'isolant peut être en porcelaine ou en résine composite en caoutchouc de silicone.
Bien que l'isolant en porcelaine traditionnel offre une robustesse mécanique et une longue durée de vie, l'utilisation du caoutchouc de silicone gagne en popularité grâce à son coût inférieur, sa facilité de manipulation, et sa hydrophobicité de surface (qui réduit le risque de contournements liés à la pollution). En raison des limitations de résistance diélectrique, l'utilisation des traversées de type en vrac est limitée aux tensions de système de 72 kV et moins.
Traversée de Type En Vrac 11-kV
Traversées Condensateur
Pour des tensions de système plus élevées, les traversées condensateur sont utilisées. Comparées aux traversées de type en vrac, les traversées condensateur sont relativement complexes dans leur construction. Pour gérer les contraintes de champ électrique élevées générées à haute tension, les traversées condensateur sont formées d'un noyau isolant gradué en capacité interne, qui est pris en sandwich entre le tube central conducteur de courant et l'isolant externe.
Le noyau condensateur se compose de couches coaxiales de papier Kraft de qualité électrique et d'inserts de feuille conductrice de longueurs variables. Les inserts de feuille sont situés à des intervalles radiaux fixes, ce qui aide à distribuer et stabiliser le champ électrique à travers l'isolation de la traversée. Ces inserts conducteurs imitent les éléments capacitifs (connectés en série) qui relient le conducteur haute tension de la traversée à la terre. Pour cette raison, les traversées condensateur sont parfois appelées traversées graduées en capacité.
Coupe Transversale d'une Traversée Condensateur
Pour augmenter davantage la résistance diélectrique d'une traversée, l'isolation du condensateur est saturée avec de l'huile minérale, ou de la résine époxy durcissable; ces deux technologies sont appelées papier imprégné d'huile (OIP) et papier imprégné de résine (RIP), respectivement.
Le matériau de l'isolant externe est invariablement la porcelaine pour les condensateurs OIP et le caoutchouc de silicone pour les condensateurs RIP, tous deux servant le même objectif de limiter le flux de courant de fuite et de prévenir les contournements externes. Les traversées condensateur OIP sont également équipées d'une chambre d'expansion à ressort pour permettre les fluctuations de volume d'huile (expansion/contraction) dues aux variations de température (un réservoir conservateur sur un transformateur de puissance remplit un objectif similaire).
Traversée Condensateur Imprégnée d'Huile
Les brides de montage des traversées condensateur sont équipées d'un point de test (plus d'informations ci-dessous) et d'un espace supplémentaire pour l'installation d'un transformateur de courant (TC) de type anneau. Les bornes de connexion internes sont équipées de écrans de contrainte pour limiter les contraintes de potentiel élevées à l'intérieur de l'enceinte remplie d'huile.
Évaluation de l'État
Le point de test est connecté à la feuille de condensateur la plus externe et est utilisé pour effectuer deux mesures de référence importantes. Ces mesures sont la capacité (C) et le facteur de dissipation (tanδ); les deux tests sont utilisés pour déterminer l'état d'isolation d'une traversée.
Toute augmentation des valeurs de C et/ou de tanδ indique une détérioration de l'isolation, une infiltration d'humidité, et/ou un court-circuit des feuilles de condensateur. Les tests de résistance d'isolation, les mesures de décharge partielle, et les inspections thermographiques, sont également des aides utiles lors de l'évaluation de l'état d'une traversée.
Applications
Dans l'industrie de l'ingénierie électrique, les applications les plus courantes pour les traversées sont :
- Air-à-Huile – utilisé dans les équipements de poste isolé par air (AIS) en extérieur, tels que les transformateurs et les réacteurs shunt, etc.
- Air-à-Gaz – utilisé dans les postes isolés par gaz (GIS) et les disjoncteurs SF6.
- Air-à-Air – utilisé pour les connexions extérieures à intérieures, par exemple les traversées murales.
Installation d'une Traversée Condensateur Air-à-Huile pour Transformateur
Exigences de Conception
La conception de tout type de traversée électrique prend en compte les exigences et aspects suivants :
- Le conducteur central d'une traversée doit être capable de supporter la charge anticipée, ou les courants de défaut, sans surchauffer l'isolation environnante (ce qui peut entraîner une perte de vie anormale).
- Pour tout transformateur donné, la tige conductrice d'une traversée de basse tension (BT) doit transporter un courant plus élevé que son homologue de haute tension (HT). Par conséquent, la tige conductrice d'une traversée BT est toujours plus épaisse (a un diamètre plus grand) que son homologue HT.
- L'isolation interne d'une traversée doit être capable de résister aux contraintes de champ électrique nominales et occasionnelles transitoires qui lui sont imposées. Ces contraintes résultent des différences de potentiel entre le conducteur sous tension et les environs externes mis à la terre. L'isolation interne d'une traversée doit également limiter l'apparition de décharges partielles (DP), qui peuvent causer une détérioration progressive de l'isolation.
- L'isolation externe d'une traversée doit fournir une distance suffisante de contournement à sec pour résister aux coups de foudre et aux impulsions de commutation. L'isolation externe doit également fournir une distance de cheminement adéquate (distance de fuite) pour prévenir un flux excessif de courant de fuite ; le courant de fuite peut résulter d'une combinaison d'accumulation de pollution (saleté, sable, sel, etc.) et/ou d'humidité ambiante.
Distance de Contournement à Sec et de Cheminement d'une Traversée
- La résistance au porte-à-faux d'une traversée doit être suffisamment élevée pour faire face aux contraintes mécaniques anticipées qui seront exercées sur la traversée lors d'événements sismiques et de courts-circuits.
- La conception et la construction d'une traversée doivent être suffisamment robustes pour résister aux rigueurs du transport, de la manipulation et de l'installation.
Ressources Supplémentaires
https://en.wikipedia.org/wiki/Bushing_(electrical)
https://electrical-engineering-portal.com/purpose-and-maintenance-of-transformer-bushings