Analyse des défaillances de l'isolation interne dans les équipements GIS et méthodes d'essai de l'isolation

Pointes sur les conducteurs haute tension

Lors de l'installation des conducteurs haute tension, des chocs ou des rayures accidentels peuvent causer l'apparition de pointes métalliques à la surface du conducteur, comme le montre la Figure 1. Sous une tension de fréquence industrielle, l'effet d'ionisation des forts champs électriques aux extrémités des pointes génère des particules chargées, qui peuvent inhiber les décharges partielles (DP) ou les ruptures. Cependant, sous une tension impulsionnelle, le processus d'ionisation induit par le fort champ électrique n'a pas le temps de se développer suffisamment, rendant plus probables les DP et les ruptures.

Contaminants sur la surface des isolateurs

Lors de l'assemblage du GIS, le nettoyage sur site est souvent insuffisant, permettant à la poussière d'entrer dans le GIS et de se déposer sur les surfaces des isolateurs. Dans certains cas, des procédés de fabrication médiocres laissent des résidus collants sur les isolateurs. Ces défauts provoquent fréquemment des ruptures lors des tests de tenue en tension sur site. L'énergie libérée lors de la rupture élimine généralement les contaminants, rendant difficile la détection de traces sur la surface des isolateurs ou d'autres composants lors de l'analyse après rupture. La Figure 2 montre un isolateur ayant subi une rupture sur site, sans anomalies visibles à sa surface.

Composants métalliques desserrés

Lors du transport ou de l'exploitation, les vibrations mécaniques peuvent provoquer le desserrage de couvercles de protection, d'autres composants métalliques et de vis de fixation. Un mauvais contact électrique dans ces cas conduit à des décharges partielles (DP), qui, au fil du temps, peuvent se transformer en accidents de rupture. La Figure 3 illustre la structure d'installation d'un couvercle de protection sujet à ce type de problème.

Poudres métalliques à l'intérieur de l'enveloppe

Lors du transport ou de l'exploitation, les vibrations mécaniques peuvent provoquer des frottements entre les composants métalliques, générant des poudres métalliques. Une hygiène inadéquate sur site lors de l'installation peut laisser de la poussière ou des particules métalliques sur la surface interne de l'enveloppe. De plus, les décharges partielles dues à un mauvais contact électrique peuvent produire des particules de métal ou de composés métalliques. La Figure 3 montre des poudres générées par une décharge due à un mauvais contact dans un couvercle de protection. Lors de l'exploitation, le saut des poudres métalliques peut conduire à des accidents de rupture.

Méthodes de test des défauts d'isolation du GIS
Test de tenue en tension

Des tests de tenue en tension sont requis lors de la réception et après les grandes révisions. DL/T 555-2004 Lignes directrices pour les tests de tenue en tension et d'isolation sur site des équipements de commutation à isolation gazeuse sous enveloppe métallique spécifie les exigences et les méthodes pour les tests sur site [4]. La tension alternative est sensible aux particules conductrices libres et autres impuretés, ce qui la rend appropriée pour détecter des défauts tels que les contaminants sur les surfaces des isolateurs, les composants métalliques desserrés et les poudres métalliques à l'intérieur de l'enveloppe. La tension impulsionnelle, efficace pour identifier les contaminants et les structures de champ électrique anormales, est idéale pour détecter les pointes métalliques et les poudres métalliques internes.

Test de décharge partielle (DP)

Lors des tests de tenue en tension sur site, une mesure de DP doit être effectuée simultanément. La méthode du courant d'impulsion est actuellement l'approche principale pour mesurer les signaux de DP sous une tension de test de fréquence industrielle. Cependant, cette méthode ne détecte souvent pas les défauts tels que les pointes métalliques et les poudres métalliques internes. Ainsi, la mesure de DP lors des tests de tenue en tension impulsionnelle est nécessaire. Pour éviter les interférences dans le circuit de test sous tension impulsionnelle, des méthodes de détection à haute fréquence, ultra-haute fréquence (UHF) ou ultrasonore peuvent être utilisées.

Détection de DP en service et surveillance en ligne

Pour les défauts tels que les composants métalliques desserrés et les poudres métalliques générées pendant l'exploitation, la détection de DP en service et la surveillance en ligne doivent être activement mises en œuvre. Selon les principes des capteurs, les méthodes de détection en service comprennent les techniques UHF et ultrasonores. La détection en service est adaptée aux inspections périodiques, tandis que la surveillance en ligne est idéale pour le suivi des défauts connus.

Conclusions et perspectives

Les défauts d'isolation internes du GIS comprennent principalement quatre types : les pointes sur les conducteurs haute tension, les contaminants à la surface des isolateurs, les composants métalliques desserrés et les poudres métalliques internes. Pour prévenir ces défauts de se transformer en pannes, des tests d'isolation et des détections de DP doivent être effectués lors de la réception et de l'exploitation. Pour les défauts courants tels que les pointes et les poudres métalliques lors des tests de réception, la détection de DP sous tension impulsionnelle doit être priorisée.