Différents types d’isolants

Isolants et isolateurs

Les matériels, destinés à supporter des organes sous tension dans l’air et les isoler entre eux ou par rapport à la terre, ont un comportement particulier en ce sens que la défaillance de l’isolation peut se manifester soit par un arc de contournement dans l’air à la surface de l’isolateur, soit par une perforation du matériau solide constituant l’isolateur et provoquant sa destruction. La distance d’amorçage dans l’air le long de l’isolateur doit être suffisante pour assurer l’isolation souhaitée, compte tenu de l’environnement (pluie, brouillard salin, pollutions diverses) qui peut réduire notablement la tension d’amorçage. A cet effet, les isolateurs sont munis de jupes destinées à allonger la ligne de fuite dans l’air. En outre, ils sont conçus pour que la perforation soit impossible. Cette précaution permet aux isolateurs de continuer à assurer leur fonction de support mécanique même lorsque leur fonction d’isolation n’est plus remplie. Cela est très important dans la pratique.

Isolants

Définitions
Isolant
Un isolant est une substance dont la conductivité est nulle ou, en pratique très faible. L’action d’isoler est le moyen d’empêcher la conduction électrique entre conducteurs soumis à des champs électriques. On peut considérer comme isolant, tous les matériaux dont la résistivité est supérieure à 10¹⁰ Ω.cm.

Isolation
C’est un système constitué par des matériaux isolants ou un assemblage de matériaux isolants à considérer avec les parties conductrices associées.

Diélectrique
Un diélectrique est défini comme un milieu matériel dans lequel les bandes de conduction et de valence sont séparées par une énergie supérieure à 5 eV. On le définit aussi comme un milieu dans lequel tout volume de la substance possède un moment dipolaire (polarisation permanente) ou susceptible d’en acquérir sous l’action d’un champ électrique (polarisation induite).

Différents types d’isolants

Isolant gazeux
L’air et les gaz secs sont de bons isolants, ils ont des propriétés particulières:
– rigidité diélectrique variable suivant la nature de gaz;
– permittivité faible, les gaz sont auto-générateurs;
– phénomène d’ionisation des gaz;
– légers non inflammables.
Les principaux isolants gazeux sont : l’air atmosphérique, l’azote, gaz rare de l’air, l’hydrogène.

Isolants liquides
Les liquides diélectriques sont souvent utilisés en association avec des solides (transformateurs, condensateurs câbles). Ils ont pour rôle de se substituer aux vacuoles qui sont sources de décharges partielles. Les liquides sont utilisés pour:
– améliorer le pouvoir de coupure de certains appareils électriques par l’amélioration des conditions d’extinction de l’arc électrique.
– assurer une bonne isolation électrique et permettre un bon refroidissement.

Isolants solides
Les isolants solides sont d’origines minérales, organiques et résineuses :
– les isolants d’origine minérale sont des substances siliceuses et calcaire, solides à la température ordinaire, incombustibles et supportant des températures élevées, à l’exception des hydrocarbures (verre, produits céramiques,…);
– les isolants d’origine organique sont généralement des substances fibreuses à base de cellulose. Ces matériaux ont une bonne résistance mécanique, ils sont combustibles et ne supportent pas des températures supérieures à 100°C sans perdre leurs propriétés mécaniques et diélectriques (cellulose, silicone);
– les isolants d’origine résineuse sont généralement des matières organiques naturelles ou synthétiques qui peuvent se présenter à l’état solide, thermoplastique ou plastique (caoutchouc,…).

Nature de l’isolation

Porcelaine
Représentation
Porcelaine (céramique), produit céramique obtenue à partir d’un mélange de minéraux qui, après cuisson, se vitrifie pour former une pâte blanche, translucide et sonore. La porcelaine est plus dense et plus dure que la poterie (terre cuite ou grès).

Composition de la porcelaine
On distingue généralement deux types de porcelaine : La porcelaine dure et la porcelaine tendre.

La porcelaine dure
Fabriquée en Chine dès le IIIe siècle après. J.-C., elle est composée d’un mélange d’argile blanche ou kaolin, de feldspath ou de pétunsé (silicate d’alumine et de potasse) et de quartz. Après préparation, la pâte commence à cuire à basse température (de 800 à 1 050 °C) — cette opération est appelée le déourdissage. La pâte est ensuite revêtue d’une couche de feldspath, et la cuisson reprend à haute température (de 1 250 à 1 450 °C). La pâte se vitrifie alors, et devient blanche, translucide et sonore.

La porcelaine tendre artificiel (ou la porcelaine à ferrite)
Créée en Europe à partir du XVIe siècle, dans le dessein d’imiter la porcelaine de Chine, elle est composée de kaolin et de fritte. Après mélange, la pâte est cuite à une température de 1250 à 1450 o c. La pâte se vitrifie alors, et devient blanche, translucide et sonore.

La porcelaine tendre naturelle
Mise au point à la fin du XVIIIe siècle en Angleterre, elle est devenue la porcelaine anglaise typique. Elle est composée d’une pâte à base d’argile et de cendre d’os, moins fragile que celle destinée à la porcelaine tendre, mais plus dense que celle de la porcelaine dure.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I Isolants et isolateurs
I.1 Introduction
I.2 Isolants
I.2.1 Définitions
I.2.1.1 Isolant
I.2.1.2 Isolation
I.2.1.3 Diélectrique
I.2.2 Différents types d’isolants
I.2.2.1 Isolant gazeux
I.2.2.2 Isolants liquides
I.2.2.3 Isolants solides
I.2.3 Nature de l’isolation
I.2.3.1 Porcelaine
I.2.3.1.1 Représentation
I.2.3.1.2 Composition de la porcelaine
I.2.3.1.2.1 La porcelaine dure
I.2.3.1.2.2 La porcelaine tendre artificiel (ou la porcelaine à ferrite)
I.2.3.1.2.3 La porcelaine tendre naturelle (bone china)
I.2.3.1.3 Préparation de la porcelaine
I.2.3.1.3.1 La pâte
I.2.3.1.4 Utilisation de la porcelaine
I.2.3.2 Verre
I.2.3.2.1 Verres trempés
I.2.3.2.2 Verres recuits
I.2.3.3 Silicone
I.2.4 Propriétés diélectriques des isolants
I.2.4.1 Rigidité diélectrique
I.2.4.2 Permittivité
I.2.4.3 Angle de pertes et facteur de dissipation
I.2.4.4 Résistivité et résistance d’isolement
I.2.4.4.1 Définition et signification
I.2.4.4.2 Résistance et résistivité superficielle
I.2.5 Application des isolants dans l’industrie électrique
I.3 Isolateurs
I.3.1 Définitions
I.3.1.1 Isolateur
I.3.1.2 Ligne de fuite
I.3.1.3 Ligne de contournement
I.3.1.4 Facteur de forme
I.3.2 Fonctionnement et constitution d’un isolateur
I.3.3 Différents types d’isolateurs
I.3.3.1 Isolateurs supports
I.3.3.2 Isolateurs de traversées
I.3.3.3 Isolateurs de lignes aériennes
I.3.3.3.1 Isolateurs rigides
I.3.3.3.2 Elément de chaîne des isolateurs suspendus
I.3.3.3.2.1 Isolateurs capot et tige
I.3.3.3.2.2 Isolateurs longs fûts
I.3.4 Contraintes subites par l’isolateur
I.3.4.1 Contraintes mécaniques
I.3.4.2 Contraintes climatiques et d’environnement
I.3.4.3 Contraintes électriques
I.3.5 Choix des isolateurs
I.4 Conclusion
Chapitre II Caractérisation de la pollution
II.1 Introduction
II.2 Définitions
II.2.1 Pollution
II.2.2 Salinité (Sa)
II.2.3 Couche de pollution
II.2.4 Degré de pollution
II.3 Différents types de polluants
II.3.1 Polluants naturels
II.3.2 Polluants dûs aux activités humaines
II.4 Différentes sources de pollution
II.4.1 Pollution naturelle
II.4.1.1 Pollution marine
II.4.1.2 Pollution désertique
II.4.2 Pollution industrielle
II.4.3 Pollution mixte
II.5 Facteurs climatiques d’influence de la pollution
II.5.1 Vent
II.5.2 Pluie
II.5.3 Humidité
II.5.4 Température
II.6 Répartition de la pollution sur la surface des isolateurs
II.6.1 Non uniformité longitudinale non périodique
II.6.2 Non uniformité par secteurs
II.6.3 Non uniformité longitudinale périodique
II.7 Conséquences de la pollution
II.7.1 Arc non localisé
II.7.2 Arc fixe
II.8 Effets de la pollution sur la santé humaine et les équipements électriques
II.8.1 Effet de la pollution sur la santé humaine
II.8.2 Effet de la pollution sur les équipements électriques
II.8.2.1 Corrosion des isolateurs
II.8.2.1.1 Mécanisme de la corrosion des ferrures des isolateurs
II.8.2.1.2 Phénomènes liés à la corrosion des pièces métalliques
II.8.2.2 Altération de la surface des isolateurs
II.9 Sévérité de pollution d´un site
II.9.1 Méthodes de mesure des caractéristiques électriques de pollution
II.9.1.1 Conductivité électrique de la pollution
II.9.1.1.1 Dispositif et procédé de mesure
II.9.1.2 Densité du dépôt de sel équivalent (DDSE)
II.9.1.3 Conductance superficielle
II.9.1.4 Comptage des impulsions de courant de fuite
II.9.1.5 Courant de fuite le plus élevé (Ih)
II.9.1.6 Contrainte de contournement
II.9.1.7 Mesure optique
II.9.1.8 Densité de dépôt non soluble (DDNS)
II.9.2 Choix d’une méthode de mesure de sévérité de pollution d’un site
II.10 Conclusion
Chapitre III Simulation et lutte contre la pollution
III.1 Introduction
III.2 Simulation de la pollution au laboratoire
III.2.1 Méthodes de simulation
III.2.1.1 Brouillard salin
III.2.1.2 Brouillard équivalent
III.2.1.3 Brouillard vapeur
III.2.1.4 Brouillard tenu
III.2.1.5 Methycellulose ou méthode de pollution liquide
III.2.1.6 Kieselguhr
III.2.1.7 Contaminant humide
III.2.2 Corrélation entre les méthodes de pollution naturelle et artificielle
III.3 Lutte contre la pollution
III.3.1 Techniques de lutte contre la pollution
III.3.1.1 Allongement de la ligne de fuite
III.3.1.2 Changement de forme des isolateurs (isolateurs plats)
III.3.1.3 Graissage périodique des isolateurs
III.3.1.4 Revêtements silicones
III.3.1.5 Isolateurs composites
III.3.1.6 Nettoyage des isolateurs
III.4 Conclusion
Chapitre IV Conclusion