Lutter contre les phénomènes de décharge partielle des installations électriques

La décharge partielle étant considérée par de nombreux acteurs de l’industrie comme la principale cause de dommage à long terme et de défaillance ultérieure de l’isolation électrique, Alexander Bardakov, ingénieur d’applications de terrain spécialiste de l’imagerie industrielle chez Fluke Corporation, examine en détail le phénomène et propose des conseils pour en limiter les conséquences.

Savourez cet article… et retrouvez dès mercredi la seconde partie: un retour d’expérience de ces outils d’imagerie, appliqué aux PME industrielles !

La décharge partielle est une décharge électrique qui ne comble pas complètement l’espace entre deux conducteurs. Elle peut se produire dans les équipements électriques moyenne et haute tension. Le phénomène se produit sur des équipements tels que les lignes à haute tension, les transformateurs, les turbines, les barres omnibus à l’intérieur des armoires, etc. Le problème se pose généralement dans les installations de production d’électricité, les réseaux de transmission et les réseaux de distribution. Il existe de nombreux types de décharges, notamment :

Décharge d’arc – La décharge d’arc est une décharge électrique prolongée produite par le claquage d’un gaz qui se manifeste par un arc électrique. Du plasma est produit lorsque le courant traverse l’air, ou tout autre milieu normalement non conducteur.
Décharge corona – Souvent considérée à tort comme un problème distinct de la décharge partielle, la décharge par effet couronne (« corona ») se produit lorsque la décharge se trouve directement dans l’air en provenance de la surface pointue du conducteur. Du point de vue des dommages ou de la sécurité, la décharge corona n’est normalement pas inquiétante, mais dans certains cas, il peut créer des parasites gênants pour les communications radio.
Décharge de surface – Lorsque la décharge se déplace le long de la surface de l’isolant, on parle de décharge de surface ou de suivi de surface. C’est potentiellement l’un des types de décharges partielles les plus destructeurs. La contamination et l’usure de la surface de l’isolant sont les deux causes les plus courantes susceptibles de créer les conditions d’une décharge de surface. Dans les équipements moyenne et haute tension, ce type de décharge se produit lorsque l’isolant est défectueux, en général à cause d’une forte humidité ou d’un mauvais entretien. L’infiltration d’humidité est également une cause fréquente de décharge de surface.
Décharge nulle (interne) – Elle est le plus souvent causée par un défaut d’isolement des câbles, des bagues, des jonctions des installations de gaz, etc. Les décharges internes sont très destructrices pour l’isolant et continuent généralement à se propager jusqu’à provoquer une défaillance complète.

Implications

Généralement causée par un défaut mineur et entraînant des milliers de petites décharges répétitives, une décharge partielle s’amplifie avec le temps. Elle peut avoir de nombreux effets néfastes sur les équipements du fait des dommages mécaniques, thermiques et chimiques causés aux isolants et aux conducteurs. Ceux-ci peuvent avoir des répercussions importantes sur la sécurité, l’efficacité et les coûts.

L’apparition d’une décharge partielle peut indiquer que les conditions nécessaires à la formation d’un arc électrique sont réunies. Bien que rares, ils doivent être considérés comme un danger. Un arc électrique se produit lorsqu’un canal de plasma est créé en raison du claquage de l’air. Le canal de plasma a une température élevée et comme le changement de température et de pression se produit très rapidement, le phénomène peut provoquer un arc électrique et un effet de souffle.

Les décharges partielles peuvent également avoir un impact important sur le planning de maintenance des fournisseurs d’énergie et des gestionnaires de réseaux. Au fil du temps, les décharges partielles provoquent la dégradation des composants, ce qui peut avoir un impact négatif sur les performances des équipements et des infrastructures. Dans ces industries critiques, une panne d’équipement ou un arrêt non planifié peut avoir un impact social et économique important. C’est pourquoi la maintenance doit être planifiée afin d’assurer la continuité de la fourniture d’énergie pour les clients. Étant donné que la maintenance d’urgence (curative) a un coût significativement plus élevé, la maintenance préventive est fondamentale pour la rentabilité de la maintenance. Les indications précoces fournies par les équipements de détection de décharge partielle contribuent à éviter les pannes d’équipement et à garantir la disponibilité de pièces de rechange pour minimiser l’impact des pannes catastrophiques.

Identifier une décharge partielle

Une inspection visuelle peut révéler une dégradation mécanique, thermique ou chimique causée par une décharge partielle non détectée auparavant. Pour confirmer le diagnostic, un équipement spécialisé est nécessaire pour en détecter la cause. Chaque décharge émet de l’énergie et on peut donc détecter les décharges partielles en utilisant l’équipement adéquat. Traditionnellement, on utilise des outils à ultrasons et à radiofréquences, ainsi que des caméras à ultraviolets (UV).

Des oscilloscopes peuvent être utilisés pour déterminer la présence de décharges partielles. Avec les caméras UV, les ingénieurs doivent le plus souvent prendre de très nombreuses images d’une centrale électrique pour localiser les décharges partielles. Chaque méthode nécessite une formation avancée pour l’ingénieur.

C’est dans cette optique que les principaux fabricants d’instruments de mesure se sont penchés sur un nouvel outil d’identification et d’analyse sous la forme d’imageurs acoustiques. Les vibrations provoquées par les décharges partielles sont souvent inaudibles pour une oreille humaine. Les imageurs acoustiques aident les ingénieurs à scanner rapidement une centrale électrique ou une sous-station électrique, et permettent d’identifier facilement les endroits où se produisent les décharges partielles. Par ailleurs, ces appareils ne nécessitent qu’une formation minimale avant utilisation.

Progrès en matière de détection avec l’imagerie acoustique

La société d’instruments de mesure Fluke a développé un outil basé sur la technologie d’imagerie acoustique, appelé ii910.

Le boîtier solide et portable de ce capteur est doté d’un écran tactile LCD 7 pouces, sur lequel s’affiche en superposition une image SoundMap et une image vidéo classique pour une identification rapide des décharges ou des fuites, à des fréquences comprises entre 2 et 100 kHz. Le réseau de microphones intégrés convertit les signaux ultrasons en images claires qui s’affichent sur l’écran tactile rétroéclairé.

Les données capturées peuvent être transférées directement vers un PC via une prise USB-C intégrée. Les images obtenues en PDQ Mode peuvent être téléchargées sur une plateforme de création de rapports, qui fournira une analyse et des indications à l’aide d’algorithmes d’apprentissage automatique (Machine Learning). Cela permet d’identifier le type de décharge partielle, l’information la plus importante pour le diagnostic dans de nombreux cas, permettant ainsi d’affecter des priorités aux opérations de réparation. Cet instrument permet d’enregistrer des vidéos d’une durée maximale de cinq minutes et possède une batterie lui assurant une autonomie d’au moins six heures.

Des installations électriques plus sûres

Bien que la décharge partielle soit un phénomène susceptible de causer des dommages catastrophiques, ces problèmes peuvent être évités si ce phénomène est identifié à temps. Si, par le passé, les ingénieurs ont trouvé les anciennes méthodes d’identification lentes et inefficaces, une nouvelle génération d’outils est désormais disponible pour les aider dans leur mission d’optimisation des opérations, tout en minimisant les risques.