Claquage diélectrique par cheminement superficiel sur les isolateurs basse tension des armoires industrielles

Phénoménologie et thermodynamique du cheminement superficiel (tracking) dans les polymères diélectriques

Le claquage diélectrique par cheminement superficiel (scintillement et formation de chemins carbonés, communément appelé tracking) constitue l'un des mécanismes de défaillance les plus insidieux et complexes au sein des systèmes de distribution basse tension. Ce phénomène se produit à l'interface entre un isolant polymérique solide et un milieu gazeux ou liquide contaminé, sous l'influence d'un champ électrique continu ou alternatif. Le processus physique s'amorce par le dépôt de contaminants conducteurs (poussières, sels, humidité, sous-produits industriels) sur la surface de l'isolateur du jeu de barres. En présence d'humidité ambiante, ces contaminants se dissolvent, créant un film conducteur mince à la surface du matériau diélectrique. Sous l'action de la différence de potentiel active entre les barres de phase ou entre phase et terre, un courant de fuite superficiel ($I_L$) commence à circuler. La densité de courant superficiel $J_s$ est régie par la conductivité locale de la couche de contamination \sigma_s et le champ électrique local $\mathbf{E}$ : À mesure que le courant de fuite circule, il se produit un échauffement par effet Joule localisé. La puissance thermique dissipée par unité de surface, $Pdiss$, est donnée par : En raison de l'hétérogénéité inhérente à la couche de contamination et à la géométrie de l'isolateur, l'évaporation de l'eau n'est pas uniforme. Dans les zones présentant la densité de courant la plus élevée ou l'épaisseur de film d'eau la plus faible, le taux d'évaporation dépasse le taux de réapprovisionnement en humidité. Cela provoque un dessèchement localisé du film conducteur, donnant naissance à des zones appelées « bandes sèches » (dry bands). Une fois qu'une bande sèche se forme, la résistance électrique de cette zone augmente de manière drastique par rapport au reste de la surface humide et conductrice. Par conséquent, la quasi-totalité de la différence de potentiel du système se concentre à travers cette étroite bande sèche. Le champ électrique local au sein de la bande sèche ($Edb$) dépasse rapidement la rigidité diélectrique de l'air environnant (\approx 3 kV/mm dans les conditions standards, valeur diminuée par la température et l'humidité locale) : Où $wdb$ représente la largeur de la bande sèche. Cette concentration de champ électrique ionise l'air adjacent, déclenchant des micro-décharges électriques ou scintillements (scintillations) qui court-circuitent la bande sèche. La température au pied de ces micro-arcs peut atteindre des valeurs comprises entre $1000 C$ et $3000 C$. À ces températures extrêmes, la matrice polymérique de l'isolateur (généralement des résines époxy, des polyesters renforcés de fibres de verre - GPO-3, ou des polyamides) subit une dégradation thermique destructive irréversible appelée pyrolyse. Durant la pyrolyse, les liaisons chimiques du polymère (telles que les liaisons $C-H$, $C-O$ et $C-C$) se rompent. Si le matériau ne possède pas d'additifs retardateurs de flamme ou d'agents suppresseurs de cheminement adéquats, la décomposition thermique produit un résidu hautement carboné (graphite amorphe). Le carbone déposé est hautement conducteur (\sigma_{carbón} \approx 10^4 S/m \export ). Ce dépôt réduit de manière effective la distance de ligne de fuite géométrique de l'isolateur, augmentant ainsi le champ électrique dans les zones adjacentes non dégradées. Ce processus s'auto-entretient par rétroaction positive : l'accumulation de carbone concentre le champ, génère de nouveaux micro-arcs aux frontières humides et propage le chemin carboné (tracking path) jusqu'à ce qu'un court-circuit solide phase-phase ou phase-terre s'établisse, culminant en un arc électrique destructeur (arc flash).

Cinétique de la pyrolyse et dégradation thermique du polymère

La décomposition du polymère peut être modélisée par une équation de vitesse de réaction d'Arrhenius de premier ordre. La perte de masse de l'isolant et la formation consécutive de carbone libre ($W_c$) en fonction du temps s'expriment sous la forme : Où :

• $W0$ est la masse initiale du polymère réactif.
• $A$ est le facteur pré-exponentiel de fréquence ($s ^{-1}$).
• $E_a$ est l'énergie d'activation de la réaction de pyrolyse ($J/mol$).
• $R$ est la constante universelle des gaz parfaits (8.314 J/(mol \cdot K) ).
• $T$ est la température locale instantanée au point d'incidence du micro-arc ($K$).

Les polymères présentant une forte propension au cheminement (faible énergie d'activation $E_a$ para la carbonatación) génèrent rapidement des chemins conducteurs continus. À l'inverse, les matériaux à haute résistance au cheminement (tels que les silicones ou les composites à forte charge de trihydrate d'alumine - ATH) se dégradent en libérant des gaz non conducteurs ($H₂O$, $CO₂$) et en laissant un résidu minéral non conducteur ($Al₂O₃$), ce qui interrompt la formation du chemin carboné. ---

Coordination de l'isolement dans la basse tension selon l'IEC 60664-1

La norme IEC 60664-1 (« Coordination de l'isolement des matériels dans les systèmes à basse tension ») établit les principes fondamentaux pour déterminer les distances d'isolement dans l'air (clearances) et les distances de ligne de fuite (creepage distances) afin d'éviter les défaillances diélectriques durant la durée de vie projetée de l'équipement.

Distances d'isolement dans l'air (Clearances)

La distance d'isolement dans l'air est la trajectoire la plus courte dans l'air entre deux parties conductrices. Son dimensionnement est conçu pour supporter la tension assignée de tenue aux chocs (transitoires de surtension dus aux décharges atmosphériques, manœuvres de commutation, etc.) et les tensions temporaires à fréquence industrielle. Le processus de conception selon l'IEC 60664-1 requiert la détermination des paramètres suivants :

1. Tension nominale du système d'alimentation (par exemple, $230/400 V$, $400/690 V$, $1000 V$).
2. Catégorie de surtension (OVC - Overvoltage Category) :
   • OVC IV : Origine de l'installation (compteurs d'énergie, coffrets de branchement).
   • OVC III : Matériels dans les installations fixes (tableaux de distribution principale, jeux de barres de distribution).
   • OVC II : Charges connectées à l'installation fixe (appareils électroménagers, outillages portatifs).
   • OVC I : Équipements électroniques protégés.
3. Tension assignée de tenue aux chocs ($Uimp$) : Dérivée de la tension du réseau et de l'OVC. Pour un réseau de $400/690 V$ en OVC III, $Uimp$ est de $6 kV$ ; pour $1000 V$ en OVC III, elle est de $8 kV$.
4. Degré de pollution (Pollution Degree - PD) : Décrit les conditions environnementales prévues pour le micro-environnement :
   • Degré de pollution 1 : Pas de pollution ou seulement une pollution sèche et non conductrice. L'isolement n'est pas affecté.
   • Degré de pollution 2 : Seule une pollution non conductrice se produit, mais on s'attend occasionnellement à une conductivité temporaire causée par la condensation (typique des tableaux commerciaux/résidentiels sous contrôle environnemental).
   • Degré de pollution 3 : Une pollution conductrice se produit, ou une pollution sèche non conductrice qui devient conductrice en raison de la condensation attendue (typique des usines industrielles, locaux de sous-stations sans climatisation).
   • Degré de pollution 4 : La pollution génère une conductivité persistante causée, par exemple, par des poussières conductrices, la pluie ou la neige.

La distance d'isolement minimale dans l'air est sélectionnée dans les tableaux de la norme IEC 60664-1 sur la base de $Uimp$, du degré de pollution et de l'homogénéité du champ électrique (champs homogènes/cas A par rapport aux champs non homogènes/cas B).

Distances de ligne de fuite (Creepage Distances)

La distance de ligne de fuite est la trajectoire la plus courte le long de la surface d'un matériau isolant entre deux parties conductrices. Contrairement aux distances dans l'air, les distances de ligne de fuite sont dimensionnées pour supporter la tension continue de service (tension de fonctionnement continu à fréquence industrielle, r.m.s.) afin de prévenir le cheminement superficiel à long terme. Le calcul de la distance de ligne de fuite minimale admissible ($dcr$) dépend de :

• La tension efficace de service ($U_s$).
• Le degré de pollution (PD) du micro-environnement.
• Le Groupe de matériau de l'isolateur, défini par son Indice de résistance au cheminement (Comparative Tracking Index - CTI).

L'indice CTI est déterminé par l'essai normalisé selon l'IEC 60112, où des gouttes d'une solution conductrice de chlorure d'ammonium ($NH_4Cl$) sont versées sur la surface du matériau soumis à une tension alternative. Le CTI est la tension maximale à laquelle le matériau supporte 50 gouttes sans subir de cheminement ni d'amorçage persistant. Les matériaux sont classés dans les groupes suivants : Si la tension de service efficace du jeu de barres est $U_s$, la distance de ligne de fuite requise augmente substantiellement si le degré de pollution s'élève ou si le CTI du matériau est faible. Par exemple, pour une tension de service de $690 V$ sous un degré de pollution 3 :

• Pour un matériau du Groupe I ( CTI \ge 600) : la distance de ligne de fuite minimale est de $10 mm$.
• Pour un matériau du Groupe IIIa (175 \le CTI < 400) : la distance de ligne de fuite minimale s'élève à $16 mm$.

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Exigences de conception et d'intégration dans les tableaux de distribution selon l'IEC 61439-1

La norme IEC 61439-1 (« Ensembles d'appareillage de basse tension ») définit les exigences constructives et de vérification pour les tableaux électriques. En ce qui concerne les jeux de barres et leurs supports isolants, la norme exige une vérification rigoureuse des distances d'isolement et de ligne de fuite, ainsi que de la résistance aux courts-circuits.

Interaction des contraintes diélectriques, thermiques et mécaniques

Les isolateurs de jeux de barres ne fonctionnent pas uniquement comme des barrières diélectriques, mais également comme des supports mécaniques structurels devant résister aux forces électrodynamiques massives générées lors d'un court-circuit. Lors d'un court-circuit, le courant de crête maximal ($i_p$) génère une force de répulsion ou d'attraction mécanique instantanée entre les barres parallèles. La force par unité de longueur ($F/l$) sur un conducteur plat est décrite par la loi de Biot-Savart modifiée : Où :

• \mu_0 = 4\pi \times 10^{-7} H/m est la perméabilité du vide.
• $i_p$ est le courant de crête de court-circuit ($A$).
• $d$ est la distance d'axe en axe entre les barres ($m$).
• $k_p$ est un factor de correction géométrique dépendant de la section transversale des barres et de leur disposition.

Cette force électrodynamique est transmise directement aux isolateurs de support sous forme de contraintes de flexion, de traction et de cisaillement. Le moment fléchissant maximal ($Mmax$) sur un isolateur de support d'extrémité, en considérant le jeu de barres comme une poutre continue avec des appuis équidistants d'une distance $L$, est : Où $H$ représente la hauteur de l'isolateur depuis la base de fixation jusqu'au centre de gravité du jeu de barres, et \beta est un facteur d'appui (généralement compris entre $0.8$ et $1.0$ selon les conditions aux limites). Si un court-circuit s'accompagne d'un échauffement résistif sévère dans les jeux de barres (atteignant des températures de court-circuit admissibles allant jusqu'à $200 C$ pour le cuivre), l'isolateur subit un choc thermique simultané à la contrainte mécanique. Toute microfissure ou déformation structurelle induite par ces contraintes mécaniques altère de manière drastique la topographie de la surface de l'isolateur. Les microfissures actent comme des pièges pour l'humidité et les contaminants conducteurs, réduisant localement le CTI réel du matériau et accélérant la formation de chemins de cheminement sous les tensions nominales de service postérieures au court-circuit. ---

Tableau comparatif des paramètres diélectriques et des limites de fonctionnement

Le tableau suivant présente une analyse d'ingénierie détaillée corrélant les groupes de matériaux, les degrés de pollution et les distances de ligne de fuite minimales requises pour différents niveaux de tension de service sur les jeux de barres basse tension, conformément aux directives des normes IEC 60664-1 et IEC 61439-1.

Tension de service $U_s$ (V, r.m.s.)	Degré de pollution (PD)	Groupe de matériau (CTI)	Distance de ligne de fuite minimale (mm)	Contrainte électrique superficielle admissible (V/mm)	Conséquences du défaut de coordination	Action corrective de conception
400 V	PD 2	Groupe I (\ge 600)	2.0	200.0	Risque faible. Dégradation lente uniquement en cas de condensation sévère imprévisible.	Surveillance de l'humidité relative interne.
		Groupe IIIa ($175 - 400$)	3.2	125.0	Formation de cheminement (tracking) en cas d'accumulation de poussières conductrices fines.	Utilisation d'enveloppes IP4X.
	PD 3	Groupe I (\ge 600)	5.6	71.4	Érosion superficielle localisée par des micro-arcs de faible énergie.	Nettoyage périodique et application d'un revêtement hydrophobe.
		Groupe IIIa ($175 - 400$)	8.0	50.0	Défaillance critique imminente. Carbonatation accélérée du support.	Remplacement par des supports à profil nervuré (ailettes/sheds).
690 V	PD 2	Groupe I (\ge 600)	3.2	215.6	Courants de fuite transitoires lors des démarrages de moteurs lourds.	Installation de résistances chauffantes anticondensation.
		Groupe IIIa ($175 - 400$)	5.0	138.0	Vieillissement thermique accéléré du polymère.	Utilisation de barrières d'isolement de phase.
	PD 3	Groupe I (\ge 600)	10.0	69.0	Pertes d'énergie par fuite. Décharges partielles sur les bords du jeu de barres.	Optimisation des profils de barres (bords arrondis).
		Groupe IIIa ($175 - 400$)	16.0	43.1	Claquage diélectrique violent. Court-circuit phase-phase par arc transféré.	Redéfinition complète de la conception. Utilisation d'isolateurs GPO-3 de haute qualité.
1000 V	PD 2	Groupe I (\ge 600)	5.0	200.0	Effet couronne superficiel localisé dans des environnements secs à fortes harmoniques.	Filtres d'harmoniques et augmentation des distances.
		Groupe IIIa ($175 - 400$)	8.0	125.0	Points chauds sur les supports de fixation métalliques.	Isolateurs avec inserts filetés blindés.
	PD 3	Groupe I (\ge 600)	16.0	62.5	Rupture de la rigidité diélectrique superficielle de l'air adjacent.	Isolateurs de type cloche avec ailettes hydrophobes.
		Groupe IIIa ($175 - 400$)	25.0	40.0	Catastrophique. Explosion du tableau par court-circuit triphasé.	Utilisation du Groupe IIIa interdite. Groupe I obligatoire avec barrières IP54.

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Analyse forensique des défaillances et diagnostic sur site

Lorsqu'un claquage diélectrique par cheminement superficiel se produit, l'énergie libérée par le court-circuit qui en résulte masque souvent les causes racines initiales de l'événement. L'analyse forensique en génie électrique requiert des méthodologies systématiques pour différencier un court-circuit direct spontané d'une défaillance progressive par cheminement superficiel.

Preuves physiques du cheminement superficiel (indices forensiques)

• Motifs de ramification dendritique (arborescences de carbone) : Contrairement à un arc électrique direct qui laisse une marque de brûlure circulaire et localisée, le cheminement superficiel laisse une trajectoire ramifiée tridimensionnelle qui suit les lignes de flux du courant de fuite d'origine. Ces ramifications présentent une structure fractale caractéristique du dépôt progressif de carbone.
• Érosion du substrat polymérique : La chaleur du micro-arc pyrolyse le polymère, creusant des sillons ou des canaux physiques sur la surface de l'isolateur. La profondeur de ces sillons est directement proportionnelle au temps d'exposition avant la défaillance totale.
• Perte d'hydrophobie : L'examen des zones adjacentes non carbonisées par microscopie d'angle de contact révèle une transition d'un comportement hydrophobe (angle de contact de la goutte d'eau \theta > 90^\circ) vers un comportement hautement hydrophile (\theta < 45^\circ), induite par l'oxydation superficielle et le dépôt de contaminants.
• Présence de sous-produits chimiques : L'analyse spectroscopique FTIR (spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier) dans les zones de défaillance révèle la présence de groupes carbonyle ($C=O$) et carboxyle ($COOH$), indicateurs d'une dégradation thermique oxydative des chaînes polymères, ainsi que la perte de groupes hydroxyle dans les matériaux chargés en ATH.

Techniques de diagnostic non destructives et prédictives sur site

Afin d'éviter des défaillances catastrophiques sur les tableaux de distribution en service, des techniques avancées de diagnostic sur site sont déployées :

Analyse des courants de fuite superficiels en courant alternatif

Grâce à l'utilisation de transformateurs de courant à haute sensibilité (capteurs à noyau ouvrant haute fréquence ou bobines de Rogowski optimisées), les courants circulant vers les supports de mise à la terre des isolateurs de jeux de barres sont surveillés. L'analyse de la distorsion harmonique du courant de fuite permet d'identifier la présence de micro-arcs. Les courants de fuite purement capacitifs ou ohmiques linéaires présentent une forme d'onde sinusoïdale propre. Lorsque les scintillements s'amorcent dans les bandes sèches, le courant présente des impulsions non linéaires asymétriques à haute fréquence à chaque demi-cycle, avec un fort contenu en harmoniques impaires d'ordre élevé (3e, 5e, 7e et composants mégahertz) : Où iarco(t) est un terme hautement non linéaire qui ne s'active que lorsque |v(t)| > V_{encendido\_arco}.

Spectroscopie d'emission UV (caméras à effet couronne)

Les micro-arcs et l'ionisation de l'air dans les bandes sèches émettent un rayonnement électromagnétique dans la bande ultraviolette du spectre (longueurs d'onde comprises entre $240 nm$ et $280 nm$, connue sous le nom de bande solaire aveugle ou solar-blind). Les caméras ultraviolettes à haute résolution permettent de visualiser ces points d'émission de lumière UV superposés à une image en lumière visible réelle, localisant ainsi avec précision l'isolateur en cours de dégradation bien avant qu'une chaleur détectable ne soit générée par thermographie conventionnelle.

Thermographie infrarouge à haute résolution

Bien que le cheminement à ses débuts dissipe de faibles puissances pouvant être évacuées par convection, la formation de bandes sèches et de courants de fuite élevés génère un gradient thermique localisé. Un examen thermographique détaillé à l'aide de caméras à haute résolution (\Delta T \le 0.05 C ) permet de détecter une élévation anormale de température ($1 C$ à $5 C$ au-dessus de la température des barres stables) à la base de l'isolateur de support, signalant une forte conduction superficielle. ---

Stratégies de mitigation et d'optimisation géométrique

La mitigation du claquage par cheminement superficiel doit être abordée de manière holistique dès l'étape de conception technique du tableau de distribution, conformément aux directives des normes IEC 61439-1 et IEC 60664-1.

Optimisation géométrique des isolateurs de support

La distance de ligne de fuite géométrique linéaire peut être optimisée en modifiant le profil superficiel de l'isolateur sans qu'il soit nécessaire d'accroître la distance physique entre les barres, ce qui permet de maintenir des tableaux aux dimensions compactes.

• Utilisation de nervures et de rainures (Ribs and Slots) : L'intégration de barrières physiques perpendiculaires au flux du courant de fuite interrompt la continuité du film liquide conducteur. Selon l'IEC 60664-1, une nervure d'une hauteur minimale de $2 mm$ augmente efficacement la distance de ligne de fuite réelle. De même, une rainure d'une largeur minimale de $2 mm$ (pour éviter qu'elle ne soit shuntée par des gouttes d'eau ou de la poussière) ajoute son parcours interne à la distance de ligne de fuite calculée.

• Conception d'ailettes (sheds) autonettoyantes : Dans les environnements à forte pollution, les ailettes inclinées tirent parti de la gravité et des flux d'air pour évacuer l'eau de condensation et la poussière accumulée, maintenant ainsi des zones sèches protégées en permanence sous l'ailette.

Sélection avancée des matériaux diélectriques

Le remplacement des résines phénoliques traditionnelles par des polymères avancés à haute performance est impératif pour les applications industrielles critiques :

• Composites de polyester renforcés de fibres de verre (GPO-3) : Ces matériaux offrent une excellente combinaison de résistance au cheminement (CTI \ge 600 V ), de rigidité diélectrique élevée et de résistance mécanique extrême à la flexion et à la traction.
• Polyamides modifiés par des retardateurs de flamme sans halogène (HF-PA) : Ils utilisent des additifs qui, sous l'effet de la chaleur, forment une couche protectrice inorganique bloquant l'oxygène, empêchant ainsi la pyrolyse carbonée et favorisant l'extinction rapide des micro-arcs.
• Ajout de trihydrate d'alumine (ATH - Al₂O₃ \cdot 3H_2O) : Lorsque la température locale atteint environ $200 C$, l'ATH sufre une réaction endothermique de déshydratation :

Cette réaction absorbe une quantité massive d'énergie thermique (refroidissant le point de contact du micro-arc) et libère de la vapeur d'eau non conductrice qui dilue les gaz de pyrolyse inflammables et nettoie la surface, laissant un résidu d'oxyde d'aluminium ($Al₂O₃$) qui s'avère être un excellent isolant électrique ne formant pas de chemins de carbone conducteurs.

Contrôle environnemental du micro-environnement (mitigation active)

Étant donné que l'eau condensée est le catalyseur indispensable pour dissoudre les sels et activer le courant de fuite, le contrôle de l'humidité relative ($RH$) au sein du tableau est d'une importance vitale.

• Systèmes de chauffage anticondensation : Installation de résistances chauffantes régulées par des hygrostats électroniques. L'objectif est de maintenir la température interne du tableau de distribution au moins $3 C$ à $5 C$ au-dessus du point de rosée ($Tdew$) de l'air ambiant.
• Filtration et pressurisation : Dans les environnements présentant un degré de pollution 3 ou 4 (par exemple, cimenteries, sites miniers), les tableaux doivent présenter un indice de protection minimal IP54 ou IP65, complété par des systèmes de ventilation forcée équipés de filtres à particules fines ou d'une pressurisation à l'air propre et sec.

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Application pratique et implémentation dans la suite Vexten (Vexten Suite)

La conception moderne des systèmes de jeux de barres industriels exige l'utilisation d'outils informatiques avancés pour simuler les scénarios physiques complexes de court-circuit, de distribution thermique et de coordination diélectrique. Vexten Suite intègre des modules spécialisés permettant aux ingénieurs de modéliser avec précision ces phénomènes complexes.

Module de court-circuit (IEC 60909 / IEEE 141)

Le calcul précis du courant de crête de court-circuit ($i_p$) est le point de départ pour évaluer l'intégrité mécanique des isolateurs de jeux de barres selon l'IEC 61439-1. Dans un système industriel basse tension typique ($400 V$ / $690 V$), alimenté par un transformateur de distribution de $2500 kVA$, Zcc = 6\%, le courant de court-circuit symétrique initial ($I''_{k}$) est : Le courant de crête de court-circuit ($i_p$), qui définit la force électrodynamique maximale instantanée, est calculé en appliquant le facteur de crête \kappa selon l'IEC 60909 (dépendant du rapport $R/X$ de la boucle de défaut) : Pour un rapport $R/X = 0.07$ (\kappa \approx 1.8) : Vexten Suite exécute cette analyse de réseau détaillée pour chaque nœud du système, calculant les forces mécaniques dynamiques transitoires résultantes sur les jeux de barres et vérifiant si la contrainte de flexion transmise à l'isolateur de support dépasse la limite de rupture mécanique du matériau sélectionné (par exemple, la limite de flexion d'un support GPO-3 typique est de \approx 120 MPa ).

Module de dimensionnement des conducteurs et impact des harmoniques (IEC 60287 / NEC 310)

Les courants harmoniques générés par des charges non linéaires (variateurs de fréquence, redresseurs de forte puissance, fours à arc) provoquent des pertes supplémentaires par effet de peau et effet de proximité dans les jeux de barres basse tension. Le facteur de pertes harmoniques ($Fharm$) augmente la température de fonctionnement en régime permanent des jeux de barres : Où $R_h/R_1$ représente le rapport de la résistance en courant alternatif à la fréquence harmonique $h$ par rapport à la fréquence fondamentale. Vexten Suite modélise cette élévation de température dans les jeux de barres en utilisant les méthodes de bilan thermique de la norme IEC 60287. Si la température des barres dépasse les limites de conception (\ge 105 C sous charge maximale), la chaleur est transférée par conduction directe vers le corps de l'isolateur de support. Cet incrément thermique permanent accélère de manière exponentielle la cinétique de la pyrolyse du polymère (selon la loi d'Arrhenius analysée précédemment), réduisant la durée de vie de l'isolateur et facilitant l'évaporation rapide de l'humidité pour former des bandes sèches instables à haute résistance électrique.

Module de mitigation de la résonance et correction du facteur de puissance

La présence de batteries de condensateurs pour la correction du facteur de puissance sans réactances de désaccordage adéquates peut créer des circuits résonnants parallèles avec l'inductance de court-circuit du transformateur d'alimentation : Où $Scc$ est la puissance de court-circuit sur le jeu de barres et $Qcap$ est la puissance de la batterie de condensateurs. Si cette fréquence de résonance coïncide avec une harmonique caractéristique du système (par exemple, la 5e ou la 7e harmonique), il se produit une amplification massive de la tension harmonique sur les jeux de barres. Les surtensions harmoniques qui en résultent augmentent la valeur de crête instantanée de la tension phase-phase et phase-terre : Cette amplification de tension augmente directement le champ électrique ($\mathbf{E}$) appliqué sur les isolateurs de support. En dépassant de manière répétée la rigidité diélectrique de l'air dans les bandes sèches superficielles, des micro-arcs destructeurs s'amorcent, même dans des conditions de pollution modérée. Grâce à Vexten Suite, les ingénieurs peuvent simuler le spectre d'impédance du système et concevoir des filtres passifs d'harmoniques désaccordés (detuned filters) ou des filtres actifs de puissance. En atténuant les surtensions harmoniques et en maintenant la distorsion harmonique totale en tension ($THD_V$) en dessous de 5\% (selon les limites de l'IEEE 519), la contrainte diélectrique sur les isolateurs de support est réduite, atténuant à la racine le risque de claquage diélectrique par cheminement superficiel et garantissant la continuité de service ainsi que la sécurité du personnel au sein des installations électriques basse tension.