Isolateur (électricité)

Les conducteurs aériens pour la transmission d’énergie électrique à haute tension sont nus et isolés par l’air environnant. Les conducteurs pour des tensions plus faibles dans la distribution peuvent avoir une certaine isolation mais sont souvent nus aussi bien., Des supports isolants appelés isolateurs sont nécessaires aux points où ils sont soutenus par des poteaux électriques ou des tours de transmission. Des isolateurs sont également nécessaires lorsque le fil pénètre dans des bâtiments ou des appareils électriques, tels que des transformateurs ou des disjoncteurs, pour isoler le fil du boîtier. Ces isolateurs creux avec un conducteur à l’intérieur sont appelés bagues.

MaterialEdit

les isolateurs utilisés pour la transmission de puissance à haute tension sont fabriqués à partir de verre, de porcelaine ou de matériaux polymères composites., Les isolateurs en porcelaine sont fabriqués à partir d’argile, de quartz ou d’alumine et de feldspath, et sont recouverts d’Une glaçure lisse pour éliminer l’eau. Les isolateurs en porcelaine riche en alumine sont utilisés lorsque la haute résistance mécanique est un critère. La porcelaine a une résistance diélectrique d’environ 4-10 kV / mm. Le verre a une résistance diélectrique plus élevée, mais il attire la condensation et les formes irrégulières épaisses nécessaires aux isolateurs sont difficiles à couler sans contraintes internes. Certains fabricants d’isolateurs ont cessé de fabriquer des isolateurs en verre à la fin des années 1960, passant aux matériaux céramiques.,

récemment, certains services publics d’électricité ont commencé à convertir en matériaux composites polymères pour certains types d’isolants. Ceux-ci sont généralement composés d’une tige centrale en plastique renforcé de fibres et d’un abri extérieur en caoutchouc de silicone ou en caoutchouc monomère d’éthylène propylène diène (EPDM). Les isolateurs composites sont moins coûteux, plus légers et ont une excellente capacité hydrophobe. Cette combinaison les rend idéales pour le service dans les zones polluées. Cependant, ces matériaux n’ont pas encore la durée de vie éprouvée à long terme du verre et de la porcelaine.,

DesignEdit

La panne électrique d’un isolant due à une tension excessive peut se produire de deux manières:

• Un arc de perforation est une panne et conduction du matériau de l’isolant, provoquant un arc électrique à travers l’intérieur de l’isolant. La chaleur résultant de l’arc endommage généralement irrémédiablement l’isolant., La tension de perforation est la tension aux bornes de l’isolant (lorsqu’il est installé de manière normale) qui provoque un arc de perforation.
• Un arc de survol est une rupture et une conduction de l’air autour ou le long de la surface de l’isolant, provoquant un arc le long de l’extérieur de l’isolant. Les isolateurs sont généralement conçus pour résister à un embrasement sans dommage. La tension de survol est la tension qui provoque un arc de survol.

La plupart des isolateurs haute tension sont conçus avec une tension de retournement inférieure à la tension de ponction, de sorte qu’ils clignotent avant de percer, pour éviter les dommages.,

La saleté, la pollution, le sel et en particulier l’eau à la surface d’un isolant haute tension peuvent créer un chemin conducteur à travers celui-ci, provoquant des courants de fuite et des flashovers. La tension d’allumage peut être réduite de plus de 50% lorsque l’isolant est humide. Les isolateurs haute tension pour une utilisation en extérieur sont conçus pour maximiser la longueur du chemin de fuite le long de la surface d’une extrémité à l’autre, appelée longueur de fuite, afin de minimiser ces courants de fuite. Pour ce faire, la surface est moulée en une série d’ondulations ou de formes de disques concentriques., Ceux-ci comprennent généralement un ou plusieurs hangars; des surfaces en forme de tasse orientées vers le bas qui agissent comme des parapluies pour s’assurer que la partie du chemin de fuite de surface sous la « tasse » reste sèche par temps humide. Les distances minimales de fuite sont de 20-25 mm / kV, mais doivent être augmentées dans les zones de haute pollution ou de sel marin en suspension dans l’air.

Types d’isolateursmodifier

Ce sont les classes courantes d’isolateurs:

• Isolateur à broches – Comme son nom l’indique, l’isolateur à broches est monté sur une broche sur le bras transversal du poteau. Il y a une rainure sur l’extrémité supérieure de l’isolant. Le conducteur traverse cette rainure et est attaché à l’isolant avec un fil recuit du même matériau que le conducteur. Les isolateurs à broches sont utilisés pour la transmission et la distribution de communications et l’énergie électrique à des tensions allant jusqu’à 33 kV., Les isolateurs conçus pour des tensions de fonctionnement comprises entre 33 kV et 69 kV ont tendance à être très volumineux et sont devenus peu économiques ces dernières années.
• Isolateur de poteau – Un type d’isolateur dans les années 1930 qui est plus compact que les isolateurs à broches traditionnels et qui a rapidement remplacé de nombreux isolateurs à broches sur des lignes jusqu’à 69 kV et dans certaines configurations, peut être conçu pour fonctionner jusqu’à 115 kV.,
• isolateur de Suspension-pour des tensions supérieures à 33 kV, il est courant d’utiliser des isolateurs de type suspension, constitués d’un certain nombre de disques en verre ou en porcelaine reliés en série par des maillons métalliques en forme de ficelle. Le conducteur est suspendu à l’extrémité inférieure de cette chaîne, tandis que l’extrémité supérieure est fixée à la croix-bras de la tour. Le nombre d’unités de disque utilisées dépend de la tension.
• Isolateur de tension – une impasse ou un poteau d’ancrage ou une tour est utilisée lorsqu’une section droite de ligne se termine ou s’incline dans une autre direction., Ces poteaux doivent résister à la tension latérale (horizontale) de la longue section droite du fil. Pour supporter cette charge latérale, des isolateurs de contrainte sont utilisés. Pour les lignes basse tension (moins de 11 kV), des isolateurs de manille sont utilisés comme isolateurs de contrainte. Cependant, pour les lignes de transmission à haute tension, des cordes d’isolateurs à capuchon et à broche (suspension) sont utilisées, fixées au bras transversal dans une direction horizontale. Lorsque la charge de tension dans les lignes est extrêmement élevée, comme dans les longues travées de rivière, deux cordes ou plus sont utilisées en parallèle.,
• Isolateur de manille – Dans les premiers jours, les isolateurs de manille étaient utilisés comme isolateurs de contrainte. Mais de nos jours, ils sont fréquemment utilisés pour les lignes de distribution basse tension. Ces isolants peuvent être utilisés soit en position horizontale ou en position verticale. Ils peuvent être directement fixés au poteau avec un boulon ou au bras croisé.
• Bague-permet à un ou plusieurs conducteurs de passer à travers une cloison telle qu’une paroi ou un réservoir, et isole les conducteurs de celle-ci.,
• Ligne isolateur
• Station isolateur
• Coupe-

Suspension insulatorsEdit

nombre type de disque isolant unités standard pour les tensions d’alimentation

tension de Ligne (kV)	Disques
34.,4
600	44
750	59
765	60

Pin-type insulators are unsuitable for voltages greater than about 69 kV line-to-line., Les tensions de transmission plus élevées utilisent des cordes isolantes à suspension, qui peuvent être conçues pour toute tension de transmission pratique en ajoutant des éléments isolants à la chaîne.

Les lignes de transmission à haute tension utilisent généralement des isolateurs de suspension modulaires. Les fils sont suspendus à une « chaîne » d’isolateurs identiques en forme de disque qui se fixent les uns aux autres avec des liens de goupille ou de boule et de douille de chape en métal. L’avantage de cette conception est que les cordes isolantes avec différentes tensions de claquage, pour une utilisation avec différentes tensions de ligne, peuvent être construites en utilisant différents nombres d’unités de base., De plus, si l’une des unités isolantes de la chaîne se casse, elle peut être remplacée sans jeter la chaîne entière.

chaque unité est constituée d’un disque en céramique ou en verre avec un capuchon et une goupille métalliques cimentés sur les côtés opposés. Pour rendre les unités défectueuses évidentes, les unités en verre sont conçues de telle sorte qu’une surtension provoque un arc de perforation à travers le verre au lieu d’un embrasement. Le verre est traité thermiquement de sorte qu’il se brise, rendant l’unité endommagée visible. Cependant, la résistance mécanique de l’unité est inchangée, de sorte que la chaîne isolante reste ensemble.,

Les isolateurs à disque de suspension standard ont un diamètre de 25 centimètres (9,8 po) et une longueur de 15 cm (6 po), peuvent supporter une charge de 80-120 kN (18-27 klbf), ont une tension d’allumage à sec d’environ 72 kV et sont évalués à une tension de fonctionnement de 10-12 kV. Cependant, la tension d’allumage d’une chaîne est inférieure à la somme de ses disques composants, car le champ électrique n’est pas réparti uniformément sur la chaîne mais est le plus fort au disque le plus proche du conducteur, qui clignote en premier., Des anneaux de classement en métal sont parfois ajoutés autour du disque à l’extrémité haute tension, pour réduire le champ électrique à travers ce disque et améliorer la tension d’allumage.

dans les lignes à très haute tension, l’isolant peut être entouré d’anneaux corona. Ceux-ci sont généralement constitués de tores en aluminium (le plus souvent) ou de tubes en cuivre fixés à la ligne. Ils sont conçus pour réduire le champ électrique au point où l’isolant est attaché à la ligne, pour éviter la décharge corona, ce qui entraîne des pertes de puissance.,

HistoryEdit

Les premiers systèmes électriques à utiliser des isolateurs étaient des lignes télégraphiques; la fixation directe de fils à des poteaux en bois donnait de très mauvais résultats, en particulier par temps humide.

Les premiers isolateurs en verre utilisés en grande quantité avaient un sténopé non fileté., Ces morceaux de verre ont été placés sur une goupille en bois conique, s’étendant verticalement vers le haut du bras transversal du poteau (généralement seulement deux isolateurs à un poteau et peut-être un au-dessus du poteau lui-même). La contraction et la dilatation naturelles des fils attachés à ces « isolateurs sans fil » ont entraîné le desserrage des isolants de leurs broches, nécessitant un reseating manuel.,

parmi les premiers à produire des isolateurs en céramique, on trouve des entreprises au Royaume-Uni, avec Stiff et Doulton utilisant du grès à partir du milieu des années 1840, Joseph Bourne (plus tard renommé Denby) les produisant à partir de 1860 et Bullers à partir de 1868. Le brevet d’utilité numéro 48,906 a été accordé à Louis A. Cauvet le 25 juillet 1865 pour un procédé de fabrication d’isolateurs avec un trou d’épingle fileté: les isolateurs de type goupille ont toujours des trous d’épingle filetés.

L’invention des isolateurs de type suspension a rendu possible la transmission de puissance à haute tension., À mesure que les tensions de la ligne de transmission atteignaient et dépassaient 60 000 volts, les isolateurs requis devenaient très gros et lourds, les isolants offrant une marge de sécurité de 88 000 volts étant à peu près la limite pratique pour la fabrication et l’installation. Les isolateurs de suspension, d’autre part, peuvent être connectés en cordes aussi longtemps que nécessaire pour la tension de la ligne.

Une grande variété d’isolateurs téléphoniques, télégraphiques et électriques ont été fabriqués; certaines personnes les collectionnent, à la fois pour leur intérêt historique et pour la qualité esthétique de nombreux modèles et finitions d’isolateurs., Une organisation de collectionneurs est la US National Insulator Association, qui compte plus de 9 000 membres.