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www.chauvin-arnoux.fr Mégohmmètres 50 V à 5 000 VDC 2010 - Ed. 01 Guide de la m

www.chauvin-arnoux.fr Mégohmmètres 50 V à 5 000 VDC 2010 - Ed. 01 Guide de la mesure d’isolement z 2 La mesure d’isolement L’ensemble des installations et équipements électriques respecte des caractéristiques d’isolement afin de permettre leur fonctionnement en toute sécurité. Que ce soit au niveau des câbles de raccordement, des dispositifs de sectionnement et de protection ou au niveau des moteurs et générateurs, l’isolement des conducteurs électriques est réalisé à l’aide de matériaux présentant une forte résistance électrique de façon à limiter au maximum la circulation de courants en dehors des conducteurs. La qualité de ces isolements s’altère au fil des ans de par les contraintes auxquelles sont soumis les équipements. Cette altération induit une réduction de la résistivité électrique des isolants qui par là même crée une augmentation des courants de fuite qui conduisent à des incidents dont la gravité peut être conséquente en terme de sécurité des personnes et des biens mais également en coûts d’arrêt de production dans l’industrie. Au-delà des mesures réalisées lors de la mise en route sur des éléments neufs et rénovés, le test périodique d’isolement des installations et équipements permet de se prémunir de tels incidents en mettant en place une maintenance préventive. Elle permet de détecter le vieillissement, donc la dégradation prématurée des caractéristiques d’isolement avant que celle-ci atteigne un niveau suffisant pour provoquer les incidents cités plus haut. A ce stade il convient de distinguer deux types de mesures souvent confondues : l’essai diélectrique et la mesure de résistance d’isolement. L’essai de tenue diélectrique aussi communément appelé « essai de claquage » exprime la capacité d’un isolant à supporter une surtension de moyenne durée sans que se produise un amorçage. Dans la réalité cette surtension peut être due à la foudre ou à l’induction engendrée par un défaut sur une ligne de transport d’énergie. L’objectif principal de cet essai est de s’assurer que les règles de construction relatives aux lignes de fuite et aux distances d’isolement ont été respectées. L’essai est souvent réalisé en appliquant une tension alternative mais il peut également être réalisé avec une tension continue. L’appareil nécessaire à ce type de mesure est un diélectromètre. Le résultat obtenu est une valeur de tension le plus souvent exprimée en kilovolt (kV). L’essai diélectrique présente un caractère plus ou moins destructif en cas de défaut, selon les niveaux de tests et l’énergie disponible dans l’appareil. De ce fait ils sont réservés aux essais de type sur des équipements neufs voire rénovés. La mesure de la résistance d’isolement est quant à elle non-destructive dans les conditions normales de test. Réalisée en appliquant une tension continue d’amplitude inférieure à celle de l’essai diélectrique, elle fournit un résultat exprimé en kW, MW, GW voir TW. Cette résistance exprime la qualité de l’isolement entre deux éléments conducteurs. Son caractère non destructif (car l’énergie est limitée) la rend particulièrement intéressante pour le suivi du vieillissement des isolants durant la période d’exploitation d’un équipement ou d’une installation électrique. Cette mesure est réalisée au moyen d’un contrôleur d’isolement également appelé mégohmmètre. Isolement et causes de défaillance de I’isolement La mesure d’isolement à l’aide d’un mégohmmètre s'inscrit dans une politique de maintenance préventive et, il convient de comprendre les différentes causes de dégradation possibles des performances d’isolement afin de pouvoir conduire la mise en place de mesures visant à corriger les dégradations. Il est possible de classer ces causes de défaillance de l’isolement en cinq groupes, tout en gardant à l’esprit que ces différentes causes s’additionnent mutuellement en l’absence de mesures correctives pour conduire aux incidents indiqués précédemment. Les stress d’origine électrique : Principalement liés à des phénomènes de sur-tensions et sous-tensions. Les stress d’origine mécanique : Les séquences de mise en marche et de mise à l’arrêt surtout lorsqu’elles sont fréquentes, les défauts d’équilibrage de machines tournantes et l’ensemble des chocs directs sur les câbles et plus généralement les installations. Les stress d’origine chimique : La proximité de produits chimiques, d’huiles et de vapeurs corrosives et de façon générale la poussière affectent les performances d’isolement des matériaux. Les stress liés aux variations de température : En combinaison avec les stress mécaniques provoqués par les séquences de marche et d’arrêt des équipements, des contraintes de dilatation ou contraction affectent les caractéristiques des matériaux isolants. Le fonctionnement aux températures extrêmes est également un facteur de vieillissement des matériaux. Les contaminations de l’environnement : Le développement de moisissures et le dépôt de particules dans des environnements humides et chauds participent également à la détérioration des caractéristiques d’isolement des installations. z 3 Le graphe ci-dessous illustre dans le cas d’un moteur électrique la répartition des causes de défaillance typiques. n Contaminations externes n Surcharge n Défaut mécanique n Défaut de phase n Dégradation des isolants n Autres 43% 25% 5% 5% 10% 12% Référence : AEMC ® Instruments 0 5 10 15 20 Autres chimiques Poussières et particules Moisissures Huiles et graisses Contaminations externes Référence : AEMC ® Instruments Au-delà des défauts d’isolement soudains liés à des événements exceptionnels tels que des inondations par exemple, l’ensemble des ces facteurs de dégradation des caractéristiques d’isolement vont se combiner dès la mise en service de l’installation, s’amplifiant parfois mutuellement créant à long terme et en absence de surveillance, des situations qui peuvent être critiques tant du point de vue de la sécurité des personnes que du point de vue opérationnel. La surveillance périodique de l’isolement d’une installation ou d’un équipement permet donc de surveiller cette dégradation et d’intervenir avant la défaillance complète. Principe de la mesure d’isolement et facteurs d’influence La mesure de la résistance d’isolement s’appuie sur la loi d’Ohm. En injectant une tension continue de valeur connue et de valeur inférieure à celle de l’essai diélectri- que puis en mesurant le courant circulant, il est possible de déterminer simplement la valeur de la résistance. Par principe la résistance d’isolement présente une valeur très élevée mais pas infinie et donc par la mesure du faible courant circulant, le mégohmmètre indique la valeur de la résistance d’isolement en fournissant un résultat en kW, MW, GW, voire pour certains modèles TW. Cette résistance exprime la qualité de l’isolement entre deux éléments conducteurs et fournit une bonne indication sur les risques de circulation de courants de fuite. Un certain nombre de facteurs affecte la valeur de la résistance d’isolement, donc la valeur du courant circulant lorsqu’une tension constante est appliquée au circuit sous test. Ces facteurs comme par exemple la température ou l’humidité, peuvent modifier considérablement la mesure. Dans un premier temps analysons, dans une hypothèse où ces facteurs n’influent pas la mesure, la nature des courants qui circulent lors d’une mesure d’isolement. Le courant total circulant dans le corps de l’isolant est la somme de trois composantes : • Le courant de charge capacitive, correspondant à la charge de la capacité de l’isolement sous test. Ce courant est transitoire, relativement élevé au départ, il décroît exponentiellement vers une valeur proche de zéro une fois que le circuit sous test est chargé électriquement (de façon similaire à la charge d’une capacité). Au bout de quelques secondes voire quelques dizaines de secondes, ce courant devient négligeable par rapport au courant à mesurer. • Le courant d’absorption, correspond à l’apport d’énergie nécessaire aux molécules de l’isolant pour se réorienter sous l’effet du champ électrique appliqué. Ce courant décroît beaucoup plus lentement que le courant de charge capacitive et nécessite plusieurs minutes pour atteindre une valeur proche de zéro. • Le courant de fuite ou courant de conduction. Ce cou- rant caractérise la qualité de l’isolement, il est stable dans le temps. z 4 Le graphe ci-dessous donne une illustration de la nature de ces trois courants en fonction du temps à noter que l’échelle de temps est indicative et peut varier selon l’isolement sous test). Courant de conduction ou de fuite TEMPS - SECONDES COURANT - microamperes Référence : AEMC ® Instruments Le courant total circulant dans l’isolant sous test est variable dans le temps impliquant une forte variation résultante de la valeur de résistance d’isolement le circuit étant alimenté à tension constante. Avant d’aborder dans le détail les diverses métho- des de mesure, il convient de revenir sur les facteurs d’influence de la mesure de résistance d’isolement. Influence de la température : La température fait varier la valeur de la résistance d’isolement selon une loi quasi exponentielle. Dans le cadre d’un programme de maintenance préventive il convient d’effectuer des mesures dans des condi- tions de température similaires, ou dans le cas où cela serait impossible de les corriger pour les ramener à une condition de température de référence. A titre d’exem- ple et en approximation rapide un accroissement de 10 °C se traduit par une diminution de moitié de la résis- tance d’isolement et inversement une diminution de 10 °C de la température double la valeur de la résistance d’isolement. Le taux d’humidité influence l’isolement en fonction du niveau de contamination des surfaces isolantes. Il faut toujours veiller à ne pas effectuer de mesure de résistance d’isolement si la température est inférieure à celle du uploads/Management/ 2537-guide-de-la-mesure-disolement.pdf