Essais avec l’étuve régulée à 105°C

1.7.3.1. Mesures

L’évolution de la température à la surface de l’isolant et du facteur de pertes est présentée Figure 106.

Figure 106 : Evolution de la température à la surface de l'isolant et de tan delta en fonction du temps pendant l’application d’une tension de 4 kV – 50Hz dans une enceinte régulée à 105°C Sur la Figure 106 on constate un échauffement de l’isolant dès les premiers instants qui suivent la mise sous tension. Cet échauffement atteint une valeur maximale ΔT ≈ 5°C puis se stabilise environ 2h30 après la mise sous tension.

Pendant ce temps, le facteur de pertes augmente de 6% environ sans qu’une stabilisation ne soit atteinte. Le facteur de pertes étant sensible à la température, cette tendance était attendue. Quantitativement, une augmentation du facteur de pertes de 1,41 à 1,51 est conforme à l’augmentation relative du facteur de perte à 50 Hz mesuré entre 90°C et 110°C sous 40 V. Le fait que la stabilisation ne soit pas atteinte dénote cependant la présence d’un effet supplémentaire.

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Afin de vérifier si la stabilisation de tan δ apparait après un temps plus long, un deuxième essai a été réalisé dans les mêmes conditions en maintenant la tension pendant une durée supérieure. La comparaison des résultats obtenus est présentée sur la Figure 107.

Figure 107 : Evolution de la température à la surface de l'isolant et de tan delta en fonction du temps pendant l’application d’une tension de 4 kV – 50Hz dans une enceinte régulée à 105°C On remarque que lors des deux essais l’échauffement du câble est le même (ΔT ≈ 5°C), et que le temps nécessaire à la stabilisation est également du même ordre de grandeur soit environ 2h30. On constate que même après une mise sous tension de 6h30 on n’observe pas de stabilisation de tanδ.

1.7.3.2. Interprétation

Pour l’échantillon N2 à 50 Hz et 110°C, l’indice de perte epsilon‘’ est déterminé à 60% par la conductivité, le reste par la polarisation.

En raisonnant principalement sur la conductivité, celle-ci est tributaire de la densité des porteurs de charges et de leur mobilité tel que :

i i i i

q

n 

 

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- ni la densité volumique en m-3 ;

- qi leur charge élémentaire en C ;

- _{i leur mobilité en m}2/Vs.

La forte augmentation du facteur de perte avec la température peut alors être attribuée à l’augmentation de la mobilité des porteurs avec la température. Cependant, dans les mesures présentées Figure 107, l’augmentation de tan  _{se poursuit alors que la température est stabilisée.}

L’incidence de la mobilité des porteurs ne peut à elle seule expliquer cette poursuite, un autre mécanisme doit donc avoir lieu ici.

Ce comportement pourrait s’expliquer par la génération de nouveaux porteurs de charge. En effet, dans l’hypothèse d’un vieillissement par déshydrochloruration, des réactions supplémentaires pourraient avoir été engendrées par le niveau de température atteint lors de l’essai qui n’a jamais été atteint précédemment. Ceci est cohérent avec les résultats de DSC qui indiquent que la température maximale atteinte par le matériau est de 105°C alors que la température lors de ces mesures est supérieure. Des atomes de chlore « instables » pourraient alors se séparer de la chaîne PVC et se combiner avec un H voisin pour former du HCl.

Deux hypothèses sont alors à examiner :

 Si l’on suppose que la molécule HCl n’est pas dissociée, les porteurs de charges supplémentaires pourraient être les protons et ions carboxylates issus de la dissociation des acides carboxyliques résultant de réactions de stabilisation supplémentaires. La stabilisation « thermique » ne serait pas immédiate puisqu’elle nécessiterait la « rencontre » du stabilisant et de la molécule HCl. Cela expliquerait alors la stabilisation très lente du facteur de perte.

 Si l’on suppose que la molécule HCl se dissocie dans le PVC en ions H+ et Cl-, ces ions pourraient donc participer à la conduction. Dans ce cas, il faudrait considérer que la réaction de stabilisation pourrait concerner non seulement la molécule HCl mais aussi les ions H+ et Cl

-. Dans la mesure où il a été observé que des stabilisants perdurent dans le matériau, ces ions devraient donc être captés et la conduction devrait alors diminuer progressivement, ce qui n’est pas le cas. Ceci implique que ce ne sont donc pas ces ions qui sont à l’origine de la conduction observée.

Nous pouvons donc supposer que les porteurs de charges seraient alors probablement les protons et ions carboxylates issus de la dissociation des acides carboxyliques résultants de la réaction de

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stabilisation. La concentration de protons et ions carboxylates pourrait éventuellement augmenter si l’élévation de la température déplaçait l’équilibre de dissociation de l’acide carboxylique.

Etant donné la précision annoncée de 1% sur la mesure du facteur de perte, la différence de l’ordre de 3% observée à une température donnée entre deux mesures successives peut être considérée comme significative. Elle pourrait donc s’expliquer par la création de nouveaux porteurs, lors de la première expérience, qui augmenterait le facteur de perte.

Par ailleurs il convient de remarquer que, malgré une température supérieure de 35°C puis 40°C à la température théorique maximale de fonctionnement du câble, aucun claquage n’est survenu après plus de 6h sous tension. Cette constatation est des plus rassurantes vis-à-vis de l’exploitation puisqu’elle indique qu’il n’y a pas de faiblesse de la tenue diélectrique.