Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Constantes physico-chimiques K 714 − 1 Caractéristiques des diélectriques liquides par Paul Joseph VUARCHEX Ingénieur à Jeumont-Schneider, Lyon es matériels électriques ne peuvent fonctionner sans pertes d’énergie, ce qui se traduit par une élévation de la température de leurs parties constituantes ; il en découle la nécessité d’un refroidissement pour obtenir l’équilibre thermique (résultant de l’énergie mise en jeu et de l’évacuation des pertes), compatible avec une durée de vie normale des équipements ; les liquides le permettent, mais doivent en outre assurer l’isolation électrique des conducteurs sous tension, ce qui place leurs propriétés électriques au premier plan. Ces diélectriques liquides pour l’électrotechnique appartiennent à un ensemble de ﬂuides industriels (huiles lubriﬁantes, solvants, liquides caloporteurs, etc.) dont ils ne forment qu’un faible pourcentage (environ 2 %) d’un marché mondial estimé à vingt-cinq millions de tonnes. Malgré ce marché, en particulier à chaque niveau national, la compétition entre producteurs des industries pétrolière, pétro- chimique et chimique est serrée, car ces produits représentent un intérêt tech- nique qui dépasse leur simple propriété de liquides chargés d’évacuer les pertes électriques, par l’étendue des spéciﬁcations diélectriques et l’importance de leur comportement en service. Ils sont désignés, dans la pratique courante, sous les termes d’huile isolante ou de liquide isolant. Utilisés en électrotechnique depuis plus de quatre-vingts ans, dans les matériels dits immergés (transformateurs, réactances, condensateurs, câbles d’énergie), ils sont également employés dans Classiﬁcation et données numériques des diélectriques liquides...... K 714 - 2 Tableau 1 – Différentes catégories de diélectriques liquides.............. — 3 Tableau 2 – Caractéristiques des diélectriques liquides ....................... — 4 Tableau 3 – Projet CEI de classiﬁcation des diélectriques liquides pour l’électrotechnique............................................................ — 4 Tableau 4 – Spéciﬁcations des diélectriques liquides pour l’électrotechnique. Partie 1 .................................................... — 5 Tableau 5 – Spéciﬁcations des diélectriques liquides pour l’électrotechnique. Partie 2 .................................................... — 6 Tableau 6 – Principaux sigles de liquides isolants ou de catégories......................................................................... — 7 Tableau 7 – Valeurs expérimentales de certaines caractéristiques de diélectriques liquides.......................................................... — 8 Tableau 8 – Classiﬁcation des diélectriques liquides selon leur comportement au feu ............................................................... — 9 Tableau 9 – Caractéristiques de combustion des diélectriques liquides.......................................................................................... — 9 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. K 714 L CARACTÉRISTIQUES DES DIÉLECTRIQUES LIQUIDES __________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. K 714 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Constantes physico-chimiques des matériels plus particuliers : disjoncteurs, régleurs en charge, compresseurs, moteurs électriques à usages spéciaux, générateurs électrostatiques, bobines d’électroaimants, d’accélérateurs de particules. Ils ont permis de doubler la puis- sance massique dans certains usages classiques (condensateurs de puissance par exemple), et de réaliser des applications spéciales reposant sur des caracté- ristiques que bien souvent les bureaux d’études ne soupçonnent pas : par exem- ple, pour des fonctionnements de matériels électriques par grand froid (– 60 oC), ou à très basse température dans les cryomachines, ou encore pour l’emploi de supraconducteurs récents et, à l’opposé, pour des équipements qui permettent une récupération de l’enthalpie de vaporisation des pertes d’énergie, couvrant une gamme de températures possibles de 400 K. Ces liquides sont généralement des composés organiques qui étaient, à l’origine, des produits naturels : huiles végétales (essence de térébenthine, huile de ricin, huile de colza, etc.) ou dérivés du pétrole (huile minérale isolante). Actuellement, nous disposons d’hydrocarbures de synthèse, mieux déﬁnis, plus stables ou à propriétés spéciﬁques, comme la résistance au feu ; ils ont été réalisés au fur et à mesure que les caractéristiques diélectriques se sont précisées, formant peu à peu une base de connaissances encore en développement. Certains liquides sont du domaine de la chimie minérale tels que les gaz rares liquéﬁés (argon, hélium) ou à la limite des chimies organique et minérale, tels que les silicones liquides [1] [2] [3]. Le lecteur se reportera utilement à l’article Huiles et liquides isolants [D 230] du traité Génie électrique. 1. Classiﬁcation et données numériques des diélectriques liquides Le tableau 1 présente les différentes catégories d’huiles et de liquides isolants, leurs principaux types, leurs applications et leurs caractéristiques particulières. (0) Ces caractéristiques sont résumées dans le tableau 2 concernant les propriétés électriques, les propriétés physiques ou caractéris- tiques d’étude, enﬁn les propriétés chimiques ou caractéristiques de service. (0) Le tableau 3 est une ébauche de classiﬁcation, selon un code qui se réfère, tant à l’Organisation internationale de normalisation (ISO), qu’à la Commission électrotechnique internationale (CEI). Cette dernière et le Comité électrotechnique français (CEF, normes NF) sont à l’origine de spéciﬁcations qui font l’objet des tableaux 4 et 5. L’usage de remplacer un nom compliqué de produit par un sigle simpliﬁcateur est à l’origine du tableau 6. Des valeurs mesurées de certaines caractéristiques de diélectriques liquides sont fournies dans le tableau 7. Enﬁn, les tableaux 8 et 9 donnent respectivement le projet d’une classiﬁcation, en cours de normalisation, concernant le comportement au feu des diélectriques liquides et leurs caracté- ristiques de sécurité. (0) Pour conclure, n’oublions pas que les diélectriques liquides sont rarement utilisés seuls, mais en association avec des diélectriques solides qu’ils imprègnent ou qu’ils mouillent, selon que le solide est poreux ou non comme, respectivement, les papiers et les cartons isolants ou les vernis isolants ; l’esquisse d’un tableau de compatibilité excède le but de ce texte, devant la multiplicité des produits et la tâche exhaustive qui en résulterait pour un laboratoire. Généralement, les feuilles de spéciﬁcations des fabricants fournissent des renseignements d’utilisation concernant la compati- bilité avec les matériaux solides. Par ailleurs, il faut savoir que l’utilisation des diélectriques liquides dans les matériels électriques est réglementée (par exemple, projet de norme française C 17-300), eu égard aux risques d’incendie, à la protection de l’environnement et de la santé de l’homme (toxicité). Le risque de feu repose sur la classiﬁcation des diélectriques liquides, en cours de développement (projet de norme française C 27-300). Pour la protection de l’environnement, les liquides doivent être biodégradables et non bioaccumulables. Quant à la toxicité, les fabricants délivrent des ﬁches de données de sécurité et l’on peut s’adresser à l’Institut national de recherche et de sécurité pour la prévention des accidents du travail et des maladies professionnelles (INRS) [4]. (0) (0) __________________________________________________________________________________________ CARACTÉRISTIQUES DES DIÉLECTRIQUES LIQUIDES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Constantes physico-chimiques K 714 − 3 Tableau 1 – Différentes catégories de diélectriques liquides No Catégorie Type Applications Caractéristiques particulières I Huiles végétales Huile de ricin Condensateurs pour générateurs de choc — Permittivité relative : 4,7 à 100 Hz et 25 oC — Viscosité élevée : 600 mm2/s à 20 oC II Huiles minérales Naphténiques Tous types : transformateurs, condensateurs, câbles, etc. — Bas point d’écoulement sans additif — Teneur en hydrocarbures aromatiques > 12 % Paraffiniques Indice de viscosité de 115 à 120 (60 pour une huile naphténique) À masse moléculaire élevée Transformateurs de distribution (remplacement des PCB) Point de feu > 300 oC III Hydrocarbures de synthèse linéaires insaturés Polybutènes Câbles d’énergie Pertes diélectriques très faibles : tan δ < 0,000 5 à 50 Hz et 90 oC IV Hydrocarbures aromatiques de synthèse Alkylbenzènes Traversées — Rigidité diélectrique au choc de foudre élevée — Absorption gazeuse sous décharges partielles Alkylnaphtalènes Condensateurs Alkylbiphényles Condensateurs tout film V Hydrocarbures linéaires chlorés Perchloréthylène Transformateurs de distribution — Résistant au feu — Appareils scellés et à points chauds limités par la température d’ébullition VI Hydrocarbures aromatiques chlorés Trichlorobenzènes Liquides d’attente en retro- filling (post-remplissage) — Solvant des PCB — Ininflammabilité Polychlorobiphényles (PCB) (1) Transformateurs Ininflammabilité Polychlorophénylalcanes Transformateurs — Biodégradabilité — Ininflammabilité VII Hydrocarbures linéaires chlorofluorés Trichlorotrifluoroéthane Transformateurs pour équipe- ment électronique et rayons X — Agent de refroidissement — Stabilité thermique VIII Hydrocarbures aromatiques éthyléniques Alkyldiaryléthylène Liquide expérimental pour condensateurs Accroissement de la tension d’apparition des décharges partielles IX Esters organiques (2) Néocaprate de benzyle Condensateur au papier Permittivité relative > 5 à 20 oC, à 50 Hz Dioctylphtalate Remplacement des PCB Permettent, en mélange, d’accroître le point de feu des diélectriques liquides Esters phosphates Organes de coupure immergés Esters du pentaérythrol Transformateurs de traction et de distribution Point de feu > 300 oC X Éther-oxydes Ditolyléther Condensateurs tout film Faible viscosité : 300 mm2/s à – 30 oC XI Silicones liquides Polydiméthylsiloxanes (PDMS) Transformateurs de traction — Point de feu > 300 oC — Indice de viscosité élevé : 170 Polyméthylphénylsiloxanes Liquide expérimental Absorption gazeuse sous décharges partielles XII Gaz liquéfiés Argon Enroulements supra- conducteurs et cryogéniques Suppression ou réduction des pertes Joule (1) Ces produits sont actuellement bannis pour absence de biodégradabilité, pour bioaccumulation et risques pour la santé. (2) Les huiles végétales sont des esters naturels. Nota : les mélanges de liquides ne sont pas cités, les propriétés qui en résultent étant un compromis entre celles de leurs constituants ou bénéﬁciant de l’une des propriétés particulières d’un constituant. CARACTÉRISTIQUES DES DIÉLECTRIQUES LIQUIDES __________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est uploads/Industriel/ caracteristiques-des-dielectriques-liquides.pdf