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17/09/2008Madame, MonsieurDossier délivré pour

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Lignes aériennes : matériels

Isolateurspar Xavier DUCOURET

Ingénieur de l’École Nationale supérieure d’Arts et Métiers Ingénieur Responsable qualifications des conducteurs et des matériels de lignes aériennes RTE (gestionnaire du Réseau de Transport d’Électricité)

es isolateurs entrent pour un faible pourcentage dans le prix d’une ligne aérienne, mais ils en sont un élément essentiel. Leur rôle est de relier les

conducteurs sous tension aux supports et d’assurer l’isolement électrique entre ces deux parties constitutives de la ligne.

Aussi, le choix du type d’isolateur, les contrôles de réception, la surveillance en exploitation doivent-ils être faits avec le maximum de soin. Dans l’état des

connaissances actuelles, on ne peut affirmer qu’un nouvel isolateur ayant répondu aux différents contrôles de réception ait une durée de vie équivalente àcelle de la ligne. La difficulté réside principalement dans le fait qu’aucun essai de réception ne peut jusqu’à ce jour mettre en évidence un vieillissement certain de l’isolateur. Toutefois, des tentatives dans ce sens sont faites dans le cadre de laCommission Électrotechnique Internationale.

Cet article fait partie d’une série sur le matériel des lignes aériennes : — [D 4 425] « Lignes aériennes : matériels. Fondations des supports » ; — [D 4 428] « Lignes aériennes : matériels. Accessoires ».

1. Matériaux utilisés .................................................................................... D 4 423 - 21.1 Isolants ......................................................................................................... — 21.2 Pièces métalliques de liaison...................................................................... — 2

2. Principaux types....................................................................................... — 32.1 Isolateur de type rigide ............................................................................... — 32.2 Élément de chaîne ....................................................................................... — 3

2.2.1 Isolateurs à capot et tige .................................................................... — 32.2.2 Isolateurs à long fût............................................................................ — 4

3. Classification............................................................................................. — 5

4. Caractéristiques d’un élément de chaîne ou d’un isolateurrigide ............................................................................................................ — 5

5. Chaînes d’isolateurs................................................................................ — 6

6. Choix............................................................................................................ — 76.1 Généralités ................................................................................................... — 76.2 Dimensionnement des chaînes d’isolateurs vis-à-vis de la pollution ..... — 8

7. Remèdes à apporter contre la pollution............................................ — 9

8. Essais........................................................................................................... — 108.1 Isolateurs pris comme éléments de chaîne............................................... — 108.2 Chaînes d’isolateurs .................................................................................... — 10

Pour en savoir plus ........................................................................................... Doc. D 4 423

L

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LIGNES AÉRIENNES : MATÉRIELS __________________________________________________________________________________________________________

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1. Matériaux utilisés

Un isolateur est constitué en général de deux parties : une partieisolante et des pièces métalliques de liaison, scellées sur cette partieisolante.

1.1 Isolants

Jusqu’aux années quatre-vingt, seuls le verre et la céramique ontjustifié d’un bon comportement en exploitation, bien que ces deuxmatériaux soient, par essence, des matériaux fragiles.

Céramiques. – Elles sont actuellement utilisées pour les isola-teurs à haute tension et correspondent à des formules voisines, soitde Al2O3, SiO2 (porcelaine traditionnelle), soit de Al2O3, 5 SiO2 (stéa-tite).

L’isolateur, après usinage de son ébauche cylindrique humide(type à capot et tige) ou sèche (type à long fût), est cuit dans un fourà une température et pendant une durée convenables.

Certaines céramiques à grains très fins sont recommandées pourdes isolateurs devant supporter des efforts mécaniques élevés.

Verres. – Deux types sont utilisés : le verre recuit et le verretrempé.

Le verre recuit a surtout été utilisé pour faire des isolateurs rigi-des, mais on s’est aperçu que les isolateurs un peu épais nerésistaient pas aux variations brusques de température. De plus, leverre recuit ne supporte que des tensions mécaniques relative-ment faibles, ce qui interdit son emploi pour les isolateurs de sus-pension.

Le verre trempé est obtenu par réchauffage de l’isolant retiré dumoule à une température d’environ 700 ˚C, puis refroidi par des jets

d’air sous pression : les couches extérieures de la pièce isolanteacquièrent rapidement une rigidité qui ne leur permet plus aucunedéformation. L’intérieur restant à une température supérieure à celledes couches extérieures, il ne peut se contracter librement, lors deson refroidissement ; il reste donc en extension et crée des contrain-tes de compression sur les couches superficielles. Le verre trempéprésente une contrainte mécanique en traction environ 5 à 6 foisplus grande que celle du verre recuit et peut supporter des varia-tions brusques de température pouvant atteindre 100 ˚C.

Matériaux synthétiques. – Il faut signaler les déve-loppements faits dans le monde en vue de réaliser des isolateurs fia-bles avec ces matériaux.

Ces isolateurs, dits composites, sont constitués d’une âme réa-lisée en fibre de verre imprégnée de résine, donnant à l’isolateur satenue mécanique, et d’une enveloppe en matériaux synthétiquesisolants. Les revêtements ayant un comportement satisfaisant souscontraintes électriques sont certaines résines cycloaliphatiques(chargées au trihydrate d’alumine), des caoutchoucs synthétiques(silicones ou EPDM : éthylpropyldimonomère) ou des polyté-trafluoroéthylènes (Téflon ). Ces revêtements évitent tout chemine-ment carboné en surface sous l’effet de contraintes électriques maissont soumis à une érosion superficielle plus ou moins rapide selonleur constitution.

1.2 Pièces métalliques de liaison

Les parties isolantes constitutives de l’isolateur sont reliées entreelles ou au support par des pièces métalliques (figures 2 a etb ), réa-lisées dans différents métaux qui doivent répondre aux contraintesmécaniques et thermiques appliquées à l’isolateur au cours de sonexploitation.

Les principaux métaux ou alliages utilisés sont :— les fontes malléables, permettant de réaliser des pièces min-

ces et de forme compliquée, par exemple les capots d’isolateurs ;— les aciers au carbone, de caractéristiques précises (XC des nor-

mes NF EN 10084 et NF EN 10083), employés pour la réalisation despièces forgées, en particulier les tiges d’isolateurs ;

— les alliages d’aluminium et les alliages de cuivre et de bronzed’aluminium, permettant de fabriquer certains capots ;

— les alliages de zinc du type Z-A4G, qui, compte tenu de leurtempérature de fusion, permettent de couler directement les capots

sur les diélectriques des isolateurs de faible résistance mécanique.La liaison entre pièces métalliques et partie isolante est réalisée à

l’aide d’un scellement qui peut être fait au mortier de ciment Port-land ou alumineux. Des alliages de plomb-antimoine, des mélangesde soufre et de poudre céramique sont également utilisés.

De la qualité du scellement et des différents assemblagesdépendent, en grande partie, la sécurité d’exploitation et la durée devie de l’isolateur.

(0)

Le tableau 1 donne les valeurs des caractéristiques diélectriques etmécaniques des isolants verre et céramique.

Tableau 1 – Valeurs des caractéristiques diélectriques et mécaniques de différents isolants

Caractéristique

Céramiques Verres

Porcelaineélectrotechnique

traditionnelle

Porcelaineélectrotechnique

alumineuseStéatite

Sodocalciquerecuit

Sodocalciquetrempé

Borosilicaté

Permittivité relative (20 ̊C et 50 Hz)...................... 6 7,5 6,1 7,5 7,5 5,3

Rigidité diélectrique (20 ˚C et 50 Hz).... (kV · m−1) 170 160 180 230 230 290

Masse volumique...................................(kg · m−3) 2,4 2,8 2,5 2,5 2,5 2,2

Contrainte à la rupture en traction..............(MPa) 30 60 45 20 150 100

Module d’élasticité...................................... (MPa) 77 000 107 000 100 000 74 000 72 000 67 000

Coefficient de dilatation linéique .... (en 10−6 K−1) 5,5 6,5 7,5 9 9,1 3,2

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2. Principaux types

On peut distinguer deux types principaux d’isolateurs : les isola-eurs de type rigide et les éléments de chaîne.

2.1 Isolateur de type rigide

Un isolateur rigide (figure 1) est relié au support par une ferrurefixe. Cet isolateur est principalement soumis à des efforts de flexionet de compression, lorsqu’il est placé en position verticale. Il peut,dans certains cas, être placé horizontalement, voire à l’oblique.

Les isolateurs rigides normalisés en céramique (normes NF C 66-33 et NF C 66-134) sont constitués d’un fût massif, ils ont remplacées anciens isolateurs rigides en céramique formés de plusieurs

cloches.Les isolateurs rigides normalisés en verre (normes NF C 66-233 et

NF C 66-234) sont constitués de plusieurs cloches en verre recuitfigure 1 a ) ; un isolateur en verre trempé (figure 1 b ) (NF C 66-235)

destiné à remplacer ces isolateurs est également normalisétableau 4).

Tous les isolateurs rigides normalisés sont livrés avec une douillescellée de telle façon qu’ils puissent être vissés directement sur leserrures correspondantes. Le scellement au plâtre, lors du montage

de la ligne, opération délicate, est ainsi évité.

2.2 Élément de chaîne

C’est un isolateur constitué par un matériau isolant équipé de piè-ces métalliques de liaison (§ 1.2), nécessaires pour le relier de façonflexible à d’autres éléments de chaîne, à la pince de suspension duconducteur ou au support.

Ces éléments sont généralement utilisés en suspension et for-ment des chaînes d’isolateurs soit verticales (chaînes d’alignement),soit horizontales (chaînes d’ancrage).

La liaison entre deux éléments successifs est réalisée par des sys-èmes métalliques soit à rotule et logement de rotule (figure 2 a )ball and socket ), soit à chape et tenon (figure 2 b ).

Il existe deux types principaux d’éléments de chaîne : les isola-eurs à capot et tige et les isolateurs à long fût.

2.2.1 Isolateurs à capot et tige

La coupe d’un tel isolateur est schématisée sur la figure 3. Laforme de la tête est dessinée de sorte que les efforts de tractionappliqués à l’isolateur se transforment, autant que possible, encompression des diélectriques sur lesquels apparaissent, toutefois,inévitablement certaines contraintes de cisaillement. La forme encontre-dépouille de l’intérieur de la tête, nécessaire à l’accrochagedu scellement de la tige, est obtenue soit par le pas d’une vis qui sedégage après le pressage du diélectrique, soit par une déformationou un usinage postérieur à la formation de la tête, dans le cas d’iso-lateurs en céramique. Cette contre-dépouille peut être évitée pources isolateurs par l’application, avant cuisson, de petits morceauxde pâtes précuites qui, après cuisson, feront corps avec la pièce etpermettront l’accrochage du mortier ; ce procédé connu sous le nomde sandage est couramment utilisé.

Rappelons quelques définitionsDécharge disruptive : phénomène associé à une défaillance

de l’isolation sous l’effet de la contrainte électrique, avec chutede la tension et passage d’un courant (une décharge disruptivedans un diélectrique solide entraîne une perte permanente de la

rigidité diélectrique).Perforation : décharge disruptive à travers un solide.Contournement : décharge disruptive le long d’une surface

solide.Ligne de fuite : plus courte distance ou somme des plus cour-

tes distances suivant les contours des surfaces extérieures desparties isolantes entre les parties qui sont normalement soumi-ses à la tension de service (une distance mesurée à la surface dela matière de scellement conductrice ne doit pas être considéréecomme faisant partie de la ligne de fuite).

Figure 1 – Isolateurs rigides en verre

Logement de tigeCloche

en deux pièce avec fixation sur tige(séries HT 20 et HT 22 en verre trempé)

b

en trois pièce avec fixation sur tige(séries HT 30 et HT 32 en verre recuit)

a

de dérivation à deux gorges (existe encore en réseau)c

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2.2.2 Isolateurs à long fût En céramique

Ils sont constitués d’un bâton cylindrique plein en céramique,muni d’ailettes (figure 4). À chaque extrémité est fixée une piècemétallique de liaison ; celle-ci peut être enveloppante en forme decapot scellé autour des extrémités tronconiques prévues sur lebâton, ou bien en forme de tige scellée dans une cavité prévue à ceteffet.

De tels isolateurs peuvent être utilisés unitairement ou en série deplusieurs éléments en fonction de leur longueur et du niveau d’iso-lement requis.

En matériaux synthétiques

L’intérêt principal de tels isolateurs (figure 5) est leur meilleuretenue à la pollution, leur faible encombrement, leur résistance auvandalisme et leur légèreté, en particulier lorsqu’on les compareaux cha î nes d’isolateurs pour les lignes de tension électrique éle-vée. De par leur constitution, ces isolateurs sont appelés isolateurscomposites (§ 1.1).

Cette technologie s’est développée très rapidement depuis envi-ron trente ans dans le monde entier ; les essais appliqués à ces iso-lateurs sont régis par la publication CEI 61109. Celle-ci est enpermanente évolution compte tenu des premiers retours d’expé-rience d’un certain nombre d’isolateurs placés en réseau dans lemonde entier, ce qui permet d’avoir une idée plus précise du com-portement de cette technique relativement nouvelle.

Figure 2 – Assemblage des éléments de chaîne

p

Rotule

Chape

Fût

p

Tenon

assemblage à chape et tenonb

assemblage à rotulea

p pas

Figure 3 – Isolateur à capot et tige

Figure 4 – Isolateur à long fût en porcelaine céramique

ε

ε

Capot (forme malléable,galvanisée à chaud)

Diélectrique (verre

trempé ou céramique)

Tige (acier,galvanisé à chaud)

Mortier de cimentalumineux ou Portland

plus courte distance dans l'air, extérieure à l'isolateur

ε longueur du canal de perforation

ε /2

plus courte distance dans l'air, extérieure à l'isolateur

p pas nominal

ε longueur du canal de perforation

ε /2

scellement interneb scellement externea

ε ε p

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3. Classification

Conformément à la publication NF EN 60383-1, les isolateurs deignes aériennes sont divisés en deux classes selon leur forme. Classe A

Elle comprend tous les isolateurs ou éléments de cha î ne pour les-quels la plus courte longueur ε du canal de perforation à travers lamatière isolante solide est au moins égale à la moitié de la plus

courte distance dans l’air extérieure à l’isolateur. Cette formeimplique que ces isolateurs soient imperforables.

Classe B

Elle comprend tous les isolateurs ou éléments de cha î ne pour les-quels la plus courte longueur ε du canal de perforation à travers lamatière isolante est inf érieure à la moitié de la plus courte distancedans l’air extérieure à l’isolateur.

4. Caractéristiquesd’un élément de chaîneou d’un isolateur rigide

Le tableau 2 donne les caractéristiques géométriques principalesdes isolateurs à assemblage à rotule et logement de rotule.

Parmi les valeurs spécifiées dans les normes d’essai d’isolateurs,il faut retenir les valeurs les plus caractéristiques qui sont :

— la charge de rupture électromécanique ou mécanique : pourles isolateurs à capot et tige, cette charge de rupture (exprimée enkN) désigne l’isolateur et définit la norme d’assemblage (publicationCEI 60120) ;

— les dimensions géométriques suivantes : • le pas p qui correspond à la distance séparant dans une cha î ne

d’isolateurs deux parties homologues de deux éléments decha î ne consécutifs ; ce pas permet donc de conna î tre la longueurd’une cha î ne ayant un nombre donné d’isolateurs ; • la ligne de fuite Lf caractéristique principale qui permet de

déterminer la tenue sous pollution d’un isolateur (§ 6).(0)

Figure 5 – Isolateur composite

Pièces d'accrochagemétalliques

Âme en fibrede verre-résine

Revêtement à ailettesen matériau synthétique

Les isolateurs à long fût font en général partie de cette classe.

Les isolateurs à capot et tige appartiennent à cette classe.

l

l

Tableau 2 – Caractéristiques géométriques principales des isolateurs à assemblage à rotule et logement de rotule

Désignation CEI Charge de rupture Norme d’assemblage (1)(CEI 60120)

Diamètre de la partieisolante

Pas nominalp

Ligne de fuiteL f

(kN) (mm) (mm) (mm)

U 40 40 11 175 100 ou 110 185

U 70 70 16 255 127 ou 146 280

U 100 100 16255 127 318

288 146 440 (2)

U 160 160 20

280 146 370

320 170 540 (2)

U 300 300 24 320 195 480

U 400 (3) 400 28360 206 525

380 220 550

U 530 (3) 530 32380 240 600

440 255 640

(1) La norme d’assemblage pour les isolateurs à capot et tige à assemblage à rotule et logement de rotule correspond au diamètre de la tige.(2) Ces isolateurs à ligne de fuite allongée sont utilisés en zones polluées.(3) Ces isolateurs ont des caractéristiques normalisées (publication CEI 60305), mais ils ne sont pas utilisés en France (ils sont utilisés, par exemple, au Japon).

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5. Chaînes d’isolateurs

Les principales cha î nes d’isolateurs peuvent être composéesd’isolateurs à capot et tige, cas le plus fréquent en France, avec uti-lisation généralisée du verre trempé, ou d’isolateurs à long f ût en

céramique. Les cha î nes d’isolateurs pour lignes HTB sont repré-sentées sur la figure 6.

L’avantage du verre trempé est de rendre visible tout isolateur per-foré, ce qui n’est pas le cas des isolateurs à capot et tige encéramique. Sous les effets d’une contrainte électrique trop forte, oumême lors d’une défectuosité de l’isolant, la jupe de l’isolateur enverre trempé explose, mais le capot et la tige restent solidaires, cequi évite la chute du conducteur.

Dans le cas d’isolateur en céramique, si l’isolateur présente uneperforation à l’intérieur du capot, lors d’un arc électrique, il y a ris-que d’explosion de l’isolateur, ce qui entra î ne la chute du conduc-teur par vidage du capot.

Les nouveaux isolateurs en céramique comportent soit une partieen céramique plus mince à la base du capot, permettant de localiser

une perforation éventuelle tout en évitant une explosion du capot àla suite d’un arc de puissance, soit un point faible dans le capotmétallique qui se trouera sous l’effet de la pression des gaz à l’inté-rieur du capot.

Le choix des accessoires de garde pour les isolateurs deslignes HTB doit être fait d’après les impératifs suivants :

— maintenir l’arc de puissance suffisamment loin des isolateurs

inf érieurs, des cha î nes et des accessoires de fixation des conduc-teurs, pour empêcher que ces pièces vitales ne soient détruites ouendommagées ;

— maintenir un niveau radiophonique perturbateur acceptableen agissant sur la répartition du potentiel sur les isolateurs inf é-rieurs.

Ces pièces de garde sont constituées :— du côté de la masse, par des cornes en rond (ou anneau de

protection) d’acier galvanisé à chaud (figure 7) d’un diamètre mini-mal respectivement de 18 mm si le courant de court-circuit est inf é-rieur ou égal à 20 kA et de 25 mm s’il est supérieur ;

— du côté du conducteur, par des cornes identiques à celles utili-sées du côté de la masse pour les cha î nes 63 et 90 kV, par desanneaux de protection AP (figures 7 et 8) réalisés soit en rond

Figure 6 – Principales chaînes d’isolateurs pour lignes HTB

suspension double (faisceau de deux conducteurs)b suspension simplea suspension double (conducteur unique)c

suspension en Vd

I vue de face

II vue de dessus

ancragee

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d’acier de 18 mm de diamètre en forme de raquette pour des cou-ants de court-circuit inf érieurs ou égaux à 20 kA, soit en tube

d’acier de 60 mm de diamètre et de section nominale de 500 mm2

pour des courants supérieurs.

La répartition de la tension électrique le long d’une cha î ne n’estpas uniforme à sec. Lorsque l’on forme une cha î ne de n éléments, laension de contournement à fréquence industrielle à sec n’est pas

égale à n fois la tension de contournement d’un élément. Les élé-ments proches des extrémités de la cha î ne, surtout du côté duconducteur, sont soumis à des diff érences de potentiel plus élevéesque les éléments médians.

La figure 9 donne, pour illustrer, la répartition de la tension leong d’une cha î ne pour diff érentes longueurs de cha î nes constituées

d’éléments à capot et tige. Cette répartition s’explique par l’actionconjuguée des capacités propres des éléments et des capacités deeurs parties métalliques par rapport à la terre et par rapport au

conducteur. Pour des cha î nes longues, les potentiels à sec supportéspar les éléments près du conducteur sont tels que le niveau de per-

turbation radioélectrique devient prohibitif. Une amélioration trèsnette de la répartition, donc de la diminution du niveau de perturba-tion, est obtenue par des anneaux de protection.

La destruction de la jupe d’un élément de la cha î ne ne constituepas une gêne pour l’exploitant, à condition que la ligne de fuite restesuf fisante. Si l’élément avarié est situé à l’une des extrémités de lacha î ne, il est à craindre cependant qu’en cas de contournement l’arcs’accroche sur cet élément plutôt que sur les pièces de garde, etentra î ne une rupture par fusion d’une partie métallique de la cha î ne(la tige en général).

6. Choix

6.1 Généralités

On choisit les isolateurs :— en fonction de la tension de service de la ligne ;— en fonction des efforts mécaniques auxquels ils sont soumis

(poids des conducteurs et du givre, action du vent, tensionmécanique des conducteurs éventuellement) ;

— en ce qui concerne leur nature (rigides ou suspendus), en fonc-tion du prix de revient de la ligne et de son importance ; en généraldans les petites sections (< 50 mm2), une ligne sur isolateurs rigidesest moins coûteuse qu’une ligne sur isolateurs suspendus, tout aumoins dans des régions peu sujettes à des surcharges climatiquesimportantes ;

— en fonction de la pollution du site.

Les études effectuées, tant en France qu’à l’étranger, montrentque le facteur prédominant pour la tenue sous pollution est la ligne

Figure 7 – Anneau de protection pour ligne à 400 kV : suspensionen V

Conducteur

Anneaude protection

IsolateurIsolateur

Conducteur

Anneaude protection

IsolateurIsolateur

vue de faceb

vue de profila

Figure 8 – Corne de garde et anneau de protection

AA

Corne

Isolateur

Anneaude protection

Conducteur

Coupe A-A

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de fuite Lf de l’isolateur. Les isolateurs le plus couramment utilisésont un rapport :

2 < Lf / p < 2,5

avec p pas.

En améliorant leur profil (ondulations plus profondes, jupes dediamètre plus grand), on peut atteindre un rapport voisin de 3 [iso-lateurs dits antipollution (figure 10)]. Il est illusoire de penser pou-voir dépasser cette valeur car les ondulations deviendraient troprapprochées et seraient court-circuitées par les arcs qui se formentlorsque la surface de l’isolateur se pollue ; contrairement à ce quel’on peut prévoir, celui-ci peut alors se comporter comme un isola-

teur ayant un profil correspondant au profil circonscrit au profil réel,c’est-à-dire finalement être plus mauvais qu’un isolateur classique.

Le choix des isolateurs se fait donc à partir de la ligne de fuite spé-cifique [rapport de la ligne de fuite (en mm) à la tension ef ficaceentre phases (en kV)] dépendant des conditions de pollution (publi-cation CEI 60815).

Les essais réalisés ont montré que, jusqu’à des longueurs de cha î -nes de 7 m (donc pour des tensions de réseau dépassant largement800 kV), la longueur de la ligne de fuite de la cha î ne d’isolateursnécessaire pour supporter une pollution donnée est proportionnelleà la tension appliquée. Certains auteurs prétendent que cette pro-portionnalité cesserait pour des cha î nes plus longues, mais, comptetenu des moyens d’essais existants, cela n’a pas été confirmé pardes essais non critiquables.

La dif ficulté pour le projeteur est de conna î tre la pollution du siteavec suf fisamment de précision. Des études ont montré que le cou-rant de fuite maximal qui s’écoule à la terre à travers le dépôt pol-luant recouvrant l’isolant permet, en se réf érant à des essais delaboratoire sous pollution artificielle, de quantifier la pollution (parexemple en grammes de sel par litre de solution saline servant à

l’essai sous brouillard salin). Basés sur ce principe, des dispositifsenregistreurs de la valeur du courant de fuite sur des isolateurspréalablement essayés en laboratoire sont en service dans les diff é-rents endroits du territoire (en particulier dans les postes à hautetension du réseau) afin d’y mesurer la pollution.

6.2 Dimensionnement des chaînesd’isolateurs vis-à-vis de la pollution

Pour définir l’isolement des lignes de transport et de distribution,les niveaux de pollution pouvant être rencontrés en France ont étérépartis en quatre classes de sévérité, définies par leur ligne de fuitespécifique. La classe 1, à niveau de pollution nul ou faible, correspond aux

zones rurales ou à faible densité d’habitations ou d’industries, éloi-gnées de la mer. Dans les régions soumises à cette pollution, lescontournements des cha î nes peuvent se produire surtout enpériode de brouillard ou au lever du soleil par condensation (inci-dents du matin).

La classe 2, à niveau de pollution notable rencontré surtoutautour des grands centres industriels éloignés de la mer, comporteégalement les zones non ou faiblement industrielles situées à proxi-mité de la mer mais non soumises à l ’action directe des embrunssalins.

Figure 9 – Répartition de la tension le long d’une chaîne d’isolateurspour différentes longueurs de chaînes constituées d’élémentsà capot et tige

HT haute tension

M masse

ξ =contrainte diélectrique appliquée à l'isolateur

contrainte diélectrique moyenne (1)

0HT

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30M

0

1

2

3

Numéro de l'isolateur

ξ

Cha

ne de 5 isolateurs

Cha ne de 1 isolateurs

Cha

ne de 3 isolateurs

Cha î ne de 5 isolateurs



(1) Répartition linéaire de la tension

Figure 10 – Isolateurs antipollution

La ligne de fuite spécifique de cette classe est de 16 mm/kV.


p

Lf

p Lf

longueur totale de la ligne de fuite

pas

Lf p

= 3

bord de merb

à ondulations profondesa

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(0)

(0)

La classe 3 correspond à des zones très localisées où l’onrouve simultanément une forte pollution marine et industrielle. On

peut également placer dans cette classe les bandes de terres en bor-dure de mer soumises à l’action directe des embruns salins.

Le tableau 3 donne, par tension de réseau et par classe de pollu-ion, les lignes de fuite spécifiques pour les lignes HTB, ainsi que lasalinité maximale de tenue à l’essai au brouillard salin. La classe 4 correspond à des zones très limitées n’intéressant,

dans la majorité des cas, que quelques pylônes. L’isolement parallongement de la ligne de fuite n’est généralement plus justifié, etseul le lavage ou le graissage périodique des cha î nes isolantes peutêtre envisagé.

Pour un niveau de pollution donné, la longueur de la ligne de fuitedes cha î nes isolantes doit être telle que leur tension de tenue resteau moins égale à la tension la plus élevée pour le matériel qui estdéfinie par les normes NF EN 60071-1 et -2.

Le nombre d’isolateurs à installer dans une cha î ne doit permettre,au minimum, le respect de ces valeurs. Mais, par ailleurs, pour leslignes HTB, dans l’éventualité où un isolateur se trouverait détérioré(jupe brisée, perforation du diélectrique), il faut que l’isolement de lacha î ne reste suf fisant pour qu’elle puisse demeurer en place sansintervention, pendant une période assez longue (plusieurs jours).

Pour satisfaire à cette dernière condition, il est imposé que la lignede fuite d’une cha î ne avec un élément détérioré doit être au moinségale aux 9/10 de celle de la cha î ne intacte. Cette mesure n’est con-traignante que pour les cha î nes comportant moins de 10 isolateurs.

Sur les cha î nes d’ancrage, la position horizontale des isolateursfavorise le nettoyage des surfaces isolantes et les performances deces cha î nes s’en trouvent améliorées.

7. Remèdes à apportercontre la pollution

Les remèdes contre les amorçages créés par la pollution sontdivers.

Il faut signaler que le lavage périodique ou automatique des iso-lateurs, fréquemment utilisé dans les zones à forte pollution, peut

s’appliquer dans les postes électriques mais est d’un emploi peucommode pour les lignes aériennes. Augmentation du nombre d’isolateurs : l’augmentation de la

ligne de fuite totale d’une cha î ne d’isolateurs, donc l’augmentationdu nombre d’isolateurs, est la méthode la plus employée dans leszones à pollution moyenne. Cette technique est certes limitée car unpylône donné d’un certain type ne peut pas admettre un importantsupplément d’isolateurs. Isolateurs spéciaux : dans les zones à forte pollution, l’allonge-

ment de la ligne de fuite des isolateurs conduit à l’utilisation de cesisolateurs appelés généralement isolateurs antipollution(figure 10 a ). La figure 10 b donne le profil d’un isolateur type bordde mer comportant une cloche très large et haute ; cet isolateur a unbon comportement lorsqu’il est soumis aux embruns salins.

Tableau 3 – Longueur minimale de la ligne de fuite des cha î nes d’isolateurs pour des lignes HTB

Classe depollution

Tenue aubrouillard

Ligne de fuitespécifique

entre phases

Tension nominale du réseau(kV)

63 90 225 400

Tension la plus élevée pour le matériel(kV)

73 100 245 420

Ligne de fuite minimale

(kg de sel/m3) (mm/kV) (mm)

1 < 7 16 1 170 1 600 3 920 6 720

2 < 20 20 1 460 2 000 4 900 8 400

3 < 80 25 1 830 2 500 6 130 10 500

Nota : pour les lignes HTA, une cha î ne de 2 éléments U 40 correspond à une classe de pollution 1 et une cha î ne de 3 éléments U 40 à une classe de pollution 3.

Tableau 4 – Isolateurs ou cha î nes d’isolateurs courammentutilisés sur les lignes HTA et HTB

Tension(kV)

Isolateurs rigidesIsolateurs suspendus

à capot et tige

20

Série HT 20 en verretrempé

2 éléments U 40 de 100 mm depas

Série HT 22 en verretrempé (1)

3 éléments U 40 de 100 mm depas

63 non utilisés 5 éléments U 100 de 130 mm depas

90 non utilisés 6 éléments U 100 de 130 mm de

pas

225 non utilisés14 éléments U 100 de 130 mmde pas ou 13 éléments U 160 de145 mm de pas

400 non utilisés 19 éléments U 160 de 145 mmde pas

(1) Util isés aux angles et traversées (augmentation de l’isolement exigé parl’Arrêté interministériel).


La ligne de fuite spécifique est de 31 mm/kV.

Pour terminer ce paragraphe, le tableau 4 donne les isolateurs ou leschaînes d’isolateurs couramment utilisés sur les lignes HTA et HTB, enalignement, pour des régions à faible pollution.

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Revêtements protecteurs : dans le but de réduire l’effet néfastede la pollution, diff érents revêtements protecteurs peuvent être uti-lisés.

Les revêtements les plus employés sont des graisses, soit minéra-les, soit à base de silicones. Leur durée de vie dépend de la sévéritéde pollution du site ; elle peut aller de quelques mois (en zones for-

tement polluées) à quelques années (trois à cinq) ; une graissen’agit plus soit lorsqu’elle est saturée de dépôts solides non solu-bles, soit lorsqu’elle a été dégradée par l’action des rayons ultravio-lets.

Des revêtements à base d’émaux semiconducteurs sont apparus.Ils améliorent la répartition du champ à la surface de l’isolateur etpréviennent ainsi les amorçages en évitant la formation des arcspartiels ; les surfaces isolantes sont parcourues par des courants defuite assez importants qui créent des échauffements non négligea-bles. La conservation de ces revêtements dans le temps pose desproblèmes ; aussi cette technique ne s’est-elle pas généralisée.

8. Essais

Les essais des isolateurs en verre et en céramique destinés auxlignes aériennes sont définis par la norme NF EN 60383-1.

La norme NF EN 60383 donne des informations générales, desprocédures d’essais et des critères d’acceptation et définit, pourquatre types d’isolateurs [rigides à tiges, rigides à socles (non utili-sés en France), éléments de cha î nes d’isolateurs à capot et tige oulong f ût, isolateurs pour les lignes de traction électrique], la liste desessais, les modalités d’essais et les niveaux de qualité acceptable.Cette norme comporte deux chapitres : le premier relatif aux essaisdes isolateurs pris comme éléments d’une cha î ne et le second relatif aux essais des cha î nes d’isolateurs.

8.1 Isolateurs priscomme éléments de chaîne

On peut classer ces essais en trois groupes.

Premier groupe (essais de type)

Ces essais sont destinés à contrôler les caractéristiques électri-ques d’un isolateur qui ne sont fonction que de la forme et desdimensions de l’isolateur. Ils ne sont effectués qu’une seule fois surquelques isolateurs répondant au dessin du type ; ils comprennent :

— une vérification des dimensions ;— un essai de tenue aux chocs de foudre à sec ;— un essai de tenue à fréquence industrielle ;— un essai de rupture électromécanique pour les isolateurs en

céramique de classe B ;— un essai de rupture mécanique pour les isolateurs en verre et

les isolateurs en céramique de classe A ;— un essai d’endurance thermomécanique. Deuxième groupe (essais sur prélèvements)

Ces essais permettent de vérifier les autres caractéristiques d’unisolateur ainsi que la qualité des matériaux utilisés. Ils sont effectuéssur des isolateurs prélevés au hasard dans le lot total présenté enréception, le nombre d’isolateurs prélevés dépendant du nombretotal. Ces isolateurs doivent avoir subi avec succès les essais indivi-duels du 3e groupe. Ces essais sur prélèvements comprennent :

— la vérification du battement axial et radial (positionnement cor-rect des pièces métalliques par rapport aux pièces isolantes) ;

— la vérification du système de verrouillage ;

— l’essai de résistance aux variations brusques de température(seulement pour la céramique) ;

— l’essai de rupture électromécanique (ou mécanique) ;— l’essai au choc thermique (seulement pour le verre trempé) ;— l’essai de tenue à la perforation à fréquence industrielle ou au

choc (seulement pour les isolateurs de classe B) ;

— la vérification de l’absence de porosité (seulement pour lacéramique) ;— la vérification de la galvanisation des pièces métalliques.

Lors des essais mécaniques et électromécaniques, on appliqueune méthode statistique avec prélèvement simple avec contre-épreuve sur un double échantillon. Troisième groupe (essais individuels)

Ces essais sont destinés à éliminer les isolateurs qui présente-raient des défauts de fabrication. Ils sont effectués sur la totalité desisolateurs présentés en réception. Ils comprennent :

— un examen visuel ;— un essai mécanique ;— un essai électrique à fréquence industrielle (seulement pour

les isolateurs de la classe B) ;— un essai de choc thermique (seulement pour le verre trempé).

8.2 Chaînes d’isolateurs

Pour les cha î nes d’isolateurs, on vérifie :— la tension de tenue spécifiée aux chocs de foudre ;— la tension de tenue spécifiée aux chocs de manœuvre sous

pluie ;— la tension de tenue spécifiée à fréquence industrielle sous

pluie.

Dans le cadre de la Commission Électrotechnique Internationale,les essais suivants ont été établis et approuvés par les Comitésnationaux :

— l’essai des isolateurs sous pollution : deux méthodes sontproposées : brouillard salin, pollution solide de Kieselgur (terres

d’infusoires) ;— l’essai des isolateurs en perturbations radioélectriques : cet

essai n’est applicable qu’aux isolateurs secs et propres, ce qui para î tpeu d’utilité en service car les isolateurs sont rarement dans cetétat ;

— l’essai des isolateurs aux chocs de manœuvre (à partir de300 kV de tension de réseau) ; cet essai est prévu à sec et souspluie ;

— l’essai de tenue aux arcs de puissance d’après la publicationCEI 61467.

Pour les isolateurs composites, le document applicable pour lesessais est la publication CEI 61109. Il définit :

— des essais de conception permettant de valider une techniquede réalisation, essais généralement longs et n’étant pas répétéspour tout isolateur de conception semblable ; ils comprennent desessais de charge mécanique en fonction du temps, du noyau fixé sur

ces extrémités métalliques, des essais du revêtement (chemine-ment et érosion), des essais du matériau du noyau ;

— des essais de type ;— des essais de prélèvements ;— des essais individuels.

L’ensemble de ces trois derniers groupes d’essais découle desessais de conception, en particulier pour la vérification de la tenuemécanique dans le temps, facteur essentiel à contrôler compte tenudu fluage important des matériaux synthétiques composant l’isola-teur. Le comité CEI 36 travaille sur un projet de document applicableà tous les isolateurs composite quelle que soit son application(publication CEI 62217).

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