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RÉSUMÉ
Les diélectriques liquides sont utilisés dans de nombreuses applications en électrotechnique, en électronique de puissance, etc. pour des fonctions diverses : isolation électrique, refroidissement, extinction de l'arc, élimination des décharges partielles, etc. Les diélectriques liquides utilisés doivent posséder des propriétés électriques, physiques et chimiques spécifiques ainsi qu'une toxicité la plus faible possible. Un liquide donné ne peut présenter toutes les propriétés exigées, et souvent contradictoires ; aussi, en fonction de l'application, un compromis doit être trouvé.
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André DENAT : Docteur ès sciences - Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
INTRODUCTION
Les diélectriques liquides sont utilisés dans de nombreuses applications (électrotechnique, électronique de puissance, etc.) en vue d'assurer un ensemble de fonctions : isolation électrique, refroidissement, extinction de l'arc, élimination des décharges partielles, etc. Par exemple, les 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. La fonction isolation électrique est très souvent assurée en association avec des isolants solides, ce sont des isolations imprégnées. En conséquence, les liquides doivent être compatibles avec les isolants solides (papier, carton, polymères) mais également avec les matériaux de construction (métaux, plastiques). Les liquides utilisés doivent donc posséder des propriétés électriques, physiques et chimiques spécifiques ainsi qu'une toxicité vis-à-vis des personnes et de l'environnement la plus faible possible. Il est évident qu'un liquide donné ne peut présenter toutes les propriétés exigées, et souvent contradictoires ; aussi, en fonction de l'application et donc de son cahier des charges, un compromis devra être trouvé.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1988 par Paul Joseph VUARCHEX
- Version courante de nov. 2018 par André DENAT
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Classification et données numériques des diélectriques liquides1. Présentation générale
Dans le domaine de l'électrotechnique, les liquides sont employés soit comme produits de remplissage des matériels électriques (transformateurs, par exemple), soit comme imprégnants d'isolations solides (condensateurs, câbles, etc.). Dans ce dernier cas, le liquide assure principalement un rôle diélectrique.
Dans le domaine de l'électronique de puissance où le problème essentiel est l'évacuation des pertes, les liquides peuvent être utilisés comme réfrigérants diélectriques.
Les diélectriques liquides sont également employés dans des matériels plus particuliers : disjoncteurs, régleurs en charge, compresseurs, moteurs électriques à usages spéciaux, générateurs électrostatiques, bobines d'électroaimants, d'accélérateurs de particules, etc.
Ils sont désignés, dans la pratique courante, sous les termes d'huile isolante ou de liquide isolant. Leur marché mondial est d'environ 1 000 000 t/an dont 90 à 95 % est couvert par les huiles minérales, obtenues directement à partir des bruts pétroliers. L'emploi des liquides a permis d'augmenter d'un facteur important la puissance massique dans certains usages classiques (facteur 30 pour les condensateurs de puissance, par exemple) et de réaliser des applications spéciales reposant sur des caractéristiques que bien souvent, les bureaux d'études ne soupçonnent pas : pour des fonctionnements de matériels électriques par grand froid (– 60 oC) ou, à très basse température, dans les cryomachines, ou bien 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 de liquides de synthèse (hydrocarbures, huiles silicones, esters, etc.), 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 ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CLARK (F.M.) - Insulating materials for design and engineering practice (Matériaux isolants pour les bureaux d'études et pratique industrielle). - John Wiley and Sons Inc. (1962).
-
(2) - VON HIPPEL (A.R.) - Dielectrics materials and applications (Les matériaux diélectriques et leurs applications). - 2e édition, John Wiley and Sons Inc. (1958).
-
(3) - WILSON (A.C.M.) - Insulating liquids : their uses, manufacture and properties (Liquides isolants : leurs emplois, fabrication et propriétés). - Peter Peregrinus Ltd. (IEEE) (1980).
-
(4) - FOURNIE (R.) - Les isolants en électrotechnique – Concepts et théorie. - Éd. Eyrolles, coll. de la Direction des Études et Recherches EDF (1986).
-
(5) - BARTNIKAS (R.) - Electrical insulating liquids (Liquides isolants électriques). - Vol. III, Éd. ASTM Philadelphie (USA) (1994).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Transformateurs de puissance – Partie 7 : Guide de charge pour transformateurs immergés dans l'huile. - CEI 60076-7 - 12-05
-
Matériel électrique pour atmosphères explosives – 4e partie : Méthode d'essai pour la détermination de la température d'inflammation. - CEI 60079-4 am-1 - 01-75/06-95
-
Isolants liquides. Détermination de la tension de claquage à fréquence industrielle. Méthode d'essai. - CEI 60156 - 08-95
-
Isolants liquides. Mesure de la permittivité relative, du facteur de dissipation diélectrique et de la résistivité en courant continu. - CEI 60247 - 02-04
-
Fluides pour applications électrotechniques – Huiles minérales isolantes neuves pour transformateurs et appareillages de connexion. - CEI 60296 - 11-03
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Guide de maintenance et de surveillance des huiles minérales isolantes en service dans les matériels électriques. - CEI 60422 - 10-05
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Spécifications...
ANNEXES
Dans le tableau 1, le lecteur trouvera les noms commerciaux et les fabricants des principaux diélectriques liquides classés selon le sigle qui leur a été attribué.
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