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02/10/2008 DOCUMENTATION Dossier délivré pour Toute reproduction sans autorisat

02/10/2008 DOCUMENTATION Dossier délivré pour Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur D 4 423 − 1 Lignes aériennes : matériels Isolateurs par 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 à celle 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 la Commission 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 - 2 1.1 Isolants ......................................................................................................... — 2 1.2 Pièces métalliques de liaison...................................................................... — 2 2. Principaux types....................................................................................... — 3 2.1 Isolateur de type rigide ............................................................................... — 3 2.2 Élément de chaîne ....................................................................................... — 3 2.2.1 Isolateurs à capot et tige.................................................................... — 3 2.2.2 Isolateurs à long fût............................................................................ — 4 3. Classiﬁcation............................................................................................. — 5 4. Caractéristiques d’un élément de chaîne ou d’un isolateur rigide............................................................................................................ — 5 5. Chaînes d’isolateurs................................................................................ — 6 6. Choix............................................................................................................ — 7 6.1 Généralités ................................................................................................... — 7 6.2 Dimensionnement des chaînes d’isolateurs vis-à-vis de la pollution ..... — 8 7 . Remèdes à apporter contre la pollution............................................ — 9 8. Essais........................................................................................................... — 10 8.1 Isolateurs pris comme éléments de chaîne............................................... — 10 8.2 Chaînes d’isolateurs .................................................................................... — 10 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. D 4 423 L 02/10/2008 DOCUMENTATION Dossier délivré pour LIGNES AÉRIENNES : MATÉRIELS __________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. D 4 423 − 2 © Techniques de l’Ingénieur 1. Matériaux utilisés Un isolateur est constitué en général de deux parties : une partie isolante et des pièces métalliques de liaison, scellées sur cette partie isolante. 1.1 Isolants Jusqu’aux années quatre-vingt, seuls le verre et la céramique ont justiﬁé d’un bon comportement en exploitation, bien que ces deux matériaux soient, par essence, des matériaux fragiles. G Céramiques. – Elles sont actuellement utilisées pour les isola- teurs à haute tension et correspondent à des formules voisines, soit de 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 four à une température et pendant une durée convenables. Certaines céramiques à grains très ﬁns sont recommandées pour des isolateurs devant supporter des efforts mécaniques élevés. G Verres. – Deux types sont utilisés : le verre recuit et le verre trempé. Le verre recuit a surtout été utilisé pour faire des isolateurs rigi- des, mais on s’est aperçu que les isolateurs un peu épais ne résistaient pas aux variations brusques de température. De plus, le verre 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 du moule à une température d’environ 700 ˚C, puis refroidi par des jets d’air sous pression : les couches extérieures de la pièce isolante acquièrent rapidement une rigidité qui ne leur permet plus aucune déformation. L ’intérieur restant à une température supérieure à celle des couches extérieures, il ne peut se contracter librement, lors de son refroidissement ; il reste donc en extension et crée des contrain- tes de compression sur les couches superﬁcielles. Le verre trempé présente une contrainte mécanique en traction environ 5 à 6 fois plus grande que celle du verre recuit et peut supporter des varia- tions brusques de température pouvant atteindre 100 ˚C. G 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 sa tenue mécanique, et d’une enveloppe en matériaux synthétiques isolants. Les revêtements ayant un comportement satisfaisant sous contraintes 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 mais sont soumis à une érosion superﬁcielle plus ou moins rapide selon leur constitution. 1.2 Pièces métalliques de liaison Les parties isolantes constitutives de l’isolateur sont reliées entre elles ou au support par des pièces métalliques (ﬁgures 2 a et b), réa- lisées dans différents métaux qui doivent répondre aux contraintes mécaniques et thermiques appliquées à l’isolateur au cours de son exploitation. 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 des pièces forgées, en particulier les tiges d’isolateurs ; — les alliages d’aluminium et les alliages de cuivre et de bronze d’aluminium, permettant de fabriquer certains capots ; — les alliages de zinc du type Z-A4G, qui, compte tenu de leur température 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 mélanges de soufre et de poudre céramique sont également utilisés. De la qualité du scellement et des différents assemblages dépendent, en grande partie, la sécurité d’exploitation et la durée de vie de l’isolateur. (0) Le tableau 1 donne les valeurs des caractéristiques diélectriques et mécaniques des isolants verre et céramique. Tableau 1 – Valeurs des caractéristiques diélectriques et mécaniques de différents isolants Caractéristique Céramiques Verres Porcelaine électrotechnique traditionnelle Porcelaine électrotechnique alumineuse Stéatite Sodocalcique recuit Sodocalcique trempé 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 02/10/2008 DOCUMENTATION Dossier délivré pour _________________________________________________________________________________________________________ LIGNES AÉRIENNES : MATÉRIELS Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur D 4 423 − 3 2. Principaux types On peut distinguer deux types principaux d’isolateurs : les isola- teurs 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 ferrure ﬁxe. Cet isolateur est principalement soumis à des efforts de ﬂexion et 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- 133 et NF C 66-134) sont constitués d’un fût massif, ils ont remplacé les 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 recuit (ﬁgure 1 a) ; un isolateur en verre trempé (ﬁgure 1 b) (NF C 66-235) destiné à remplacer ces isolateurs est également normalisé (tableau 4). Tous les isolateurs rigides normalisés sont livrés avec une douille scellée de telle façon qu’ils puissent être vissés directement sur les ferrures 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 façon ﬂexible à d’autres éléments de chaîne, à la pince de suspension du conducteur 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- tèmes métalliques soit à rotule et logement de rotule uploads/Industriel/ lignes-aeriennes-materiels-isolateurs.pdf