Pour les petits volumes

La caractérisation de la performance en fonction de l’angle d’inclinaison d’une surface isolante en silicone recouverte de gouttes d’eau à volumes variable est illustrée par la figure 6.1

A) Lorsque le volume des gouttes est inférieur ou égal à 35 µl, l’allure de la caractéristique UAC = f (α) est strictement décroissante. Cela signifie tout simplement que

pour α = 0°, l´écart de performance électrique entre une isolation sans et avec gouttes est estimée à 9 % pour Vg= 20µl et 18 % pour Vg = 35µl. Par contre, pour α = 90°, celui-ci

s’élève à 20% pour 20µl et 38 % pour 35µl. L’élévation d’un tel écart peut être justifiée par la persistance de l´adhésion des gouttes d´eau d´une telle taille dans ce dernier cas de figure et leur élongation maximale dans cette position verticale (figure 6.2.a).Certes ces gouttes d’eau sont soumises simultanément à des forces électriques et à leur propre poids croissant avec la

chapitre 06 Performance d’une surface en silicone …

p.6.3

pente de l’isolation (Pg.sinα), mais la résultante de toutes ces forces est, malgré son

augmentation avec l’inclinaison, insuffisante pour un tel volume de ces gouttes d’eau les faire tomber.

Par contre, à cause de leur allongement accru sous cette inclinaison, elles engendrent un raccourcissement de sa ligne de fuite sèche et par conséquent une réduction de sa performance électrique.

Donc, une telle situation est favorable pour des ailettes horizontales ou très légèrement inclinées et défavorable pour les troncs des isolateurs polymères sous l’effet du phénomène de très forte condensation car les gouttes d’eau ainsi formées sur leur surface sous tension ne dépassent guère une taille de 20 µl. Cette valeur limite a été vérifiée par Tobias [6.9] lors de la simulation au laboratoire du phénomène de condensation d’une isolation en silicone sous AC.

B) Pour 35 µl < V < 60 µl, l’allure de la tension de contournement en fonction de l’angle d’inclinaison présente un minimum, Il est à signaler un déplacement de la position de ce minimum vers des angles d´inclinaison plus faibles avec la croissance du volume des gouttes d´eau. Pour un volume d’eau de 60 µl, la chute maximale de performance électrique de l’isolation est évaluée respectivement à 36 % pour 45 µl et 58 % pour 60 µl (figure 6.1).

Les angles critiques d’inclinaison de la surface du matériau correspondants sont estimés à 20°. Une telle diminution de la tension de contournement du polymère peut être justifiée par un grand rétrécissement de l’espace entre gouttes d’eau généré par un allongement de ces dernières, fortement élevé par rapport au cas précédent.

Cet angle critique est caractérisé par le fait que l’élongation des gouttes d’eau plus volumineuses est supérieure à celle obtenue avec un volume de 35 µl. Par contre cette inclinaison critique correspond à une situation où l’adhésion des gouttes d’eau sur l’isolation a atteint sa valeur limite. Au-delà de celle-ci, la résultante des forces électriques et de gravitation peut entraîner le décollage des gouttes d’eau de cette taille.

De part et d’autre de cette position critique, la performance de l’isolation augmente et devient plus accrue particulièrement au voisinage des inclinaisons élevées à cause de la chute des gouttes d’eau avec l’élévation de la pente de l’isolation et leur remplacement par de très fines gouttes résiduelles.

La visualisation du phénomène de contournement d’une surface hydrophobe recouverte de cinq rangées de gouttes d’eau à 20 µl et 45 µl de volume et à conductivité électrique de 10 µS/cm, soumise à une inclinaison critique de 90° et 47° respectivement est illustrée parles figure 6.2 et 6.3.

chapitre 06 Performance d’une surface en silicone …

p.6.4

pratiquement sur la largeur totale occupée par les cinq rangées pour provoquer finalement le court-circuit de l’isolation. Ce phénomène diffère évidemment de celui engendrant le contournement de la même isolation avec gouttes d´eau en position horizontale.

Les photos représentées sur la figure 6.2, illustrent les différentes phases de contournement de l’isolation suscitée. Avant l’application de la tension, la forme des gouttes d’eau est petites sphériques figure 6.2.a. Après application de la tension celles-ci commencent à se déformer et à se mouvoir en direction de l’électrode terre figure 6.2.b. Ensuite, pour la raison où la force du champ électrique près de l’électrode HV est suffisamment forte et leur allongement optimal dans ce cas, une décharge électrique est établie le long de l’axe de l’électrode comme indiqué sur la figure 6.2.c. Enfin, l’échantillon testé après le contournement complet est représenté sur la figure 6.2.d.

Avant l’application de la tension, la première déformation des gouttes d’eau est d’abord engendrée par l’action de leur propre poids. Sous l’effet de la contrainte de tension, celles-ci continuent à se déformer et à se mouvoir en direction de l’électrode mise à la terre (figure 6.3). Pendant ce mouvement, les gouttes proches de l’électrode sous tension, plus rapides, arrivent à joindre celles, lentes et éloignées de l’électrode active. Leur jonction peut donner naissance à un filet d’eau partiel en forme d´un ver de terre à diamètre variable et dont l’extrémité en regard de l’électrode sous tension est de forme conique [6.6].

A ce moment-là une décharge électrique, émanant de l’électrode haute tension, s’amorce dans l’intervalle d’air entre celle-ci et l’extrémité de ce filament et relie celui-ci au suivant (figure 6.3.a). D’autres décharges électriques s’ensuivent en connectant entre eux les filaments d’eau subséquents (figure 6.3.b).

Généralement le filament d’eau partiel crée au voisinage de l’électrode active s’allonge vers ceux formés aux alentours de l’électrode terre.

Parallèlement, la distance dans l’air séparant l’extrémité du premier filament de l’électrode active s’accroît à cause de son déplacement vers l’électrode terre du fait de sa lourdeur. L’arc électrique précurseur, brûlant au-dessus de cette zone, finit par s’éteindre pour se réallumer au niveau d’une seule ou latéralement sur plusieurs rangées parallèles (figures 6.3.b et 6.3.c) lui offrant de par leur déformation avancée des conditions de propagation plus favorables.

Ce scénario se reproduit pratiquement autant de fois qu’il y a de rangées de gouttes d’eau en déformation avancée. Le contournement final se produit au niveau d´une ou plusieurs rangées dont la distance inter-gouttes est la plus fortement raccourcie sous l’action conjuguée des forces électriques et de gravitation agissant sur les gouttes d’eau.

chapitre 06 Performance d’une surface en silicone …

p.6.5

Figure ‎6.1 : Ûc = f (α°, Vg) d’une isolation en silicone hydrophobe, σ =10 µS/cm

a) Arrangement avant l’application de

la tension

b) Déformation de gouttes d’eau et

naissance de microdécharges

c) Contournement sur la 5éme rangée d) Degré de déformation après passage

de la décharge de rupture

Nr = 5, Vg = 20 µl et σv = 10 µS/cm

Figure ‎6.2 : Différentes phases de contournement de la surface isolante pour αc = 90°

0 20 40 60 80 100 15 20 25 30 35 40 45 50 Tens ion d e c on tourn eme n t Û c (kV )

Angle d'inclinaison de l'isolation  (°)

Vg = 20 µl Vg = 35 µl Vg = 45 µl Vg = 60 µl 50

chapitre 06 Performance d’une surface en silicone …

p.6.6

a) Arrangement avant l’application de la tension b) Microdécharges entre gouttes d’eau sur la

rangé extrême droite

c) Phase juste avant le contournement d) Contournement de la surface

(αc : Angle critique correspondant à la tension minimale de contournement).

Nr = 5, Vg = 45 µl et σv = 180 µS/cm

Figure ‎6.3 : Différentes phases de contournement de la surface isolante αc = 90°