Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Parmi les matériaux ayant des caractéristiques électriques isolantes, le verre s’affirme comme un candidat idéal. Son utilisation est cependant conditionnée par la manière dont les contraintes mécaniques sont appréhendées. De ce fait, les applications du verre dans le domaine de l’isolement électrique se retrouvent soit dans le domaine des verres trempés soit dans des technologies où le verre est utilisé à l’état de fibres de renforcement de polymères. Chacun de ces deux domaines sera abordé dans cet article en partant de la chimie des matériaux et des modes de fabrication de ces isolants, avec une description des contraintes électrique, mécanique et chimique auxquelles ils sont soumis et des particularités des domaines d’applications dans lesquels on retrouve l’une ou l’autre de ces technologies.
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Jean-Marie GEORGE : Directeur scientifique - Société SEDIVER, Saint Yorre, France
INTRODUCTION
Cet article traite des verres utilisés dans le domaine électrotechnique, dont les principales applications se trouvent dans les techniques d'isolement électrique de conducteurs ou d'éléments sous tension dans les réseaux de transport et de distribution d'électricité. Ce document privilégie les verres moulés ainsi que les fibres de verre destinées au renforcement mécanique de pièces en résine directement au contact d'éléments conducteurs, par exemple dans les isolateurs en matériaux composites de ligne ou de poste, les structures tubulaires employées dans les isolateurs de poste ou encore les parafoudres de distribution ou de ligne très haute tension.
La trempe du verre, dont on expliquera ici les aspects fondamentaux, a permis de prendre en compte les charges mécaniques en traction, de plus en plus importantes, imposées aux lignes électriques aériennes, renvoyant l'isolant en verre recuit au passé. Par ailleurs, les isolants constitués de matériaux polymères renforcés par des fibres de verre permettent des applications d'isolement dans lesquelles les contraintes mécaniques ne sont pas seulement des efforts de traction, mais aussi la flexion ou la compression, ou leur combinaison.
La chimie des verres utilisés dans le domaine de l'isolement électrique se distingue principalement par la nature des courants appliqués (alternatifs ou continus) sur les isolants moulés alors que la corrosion chimique ou électrochimique des fibres de verre oriente les choix dans les matériaux utilisés pour le renforcement des polymères.
On fera abstraction de certains aspects théoriques pour lesquels les documents en référence peuvent être consultés, et où le lecteur trouvera le détail des équations et principes physiques fondamentaux se rapportant au matériau verre en général ainsi que ses propriétés.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 2009 par Jean-Marie GEORGE
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Caractéristiques générales des verres
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5. Conclusion
Parmi les nombreuses applications du verre dans le domaine de l'électrotechnique, celles où la tension électrique est directement isolée par le verre sont principalement situées dans le secteur du transport d'énergie. Deux familles d'isolants coexistent aujourd'hui dans ce domaine. D'une part les isolants moulés, aujourd'hui essentiellement en verre trempé, constituent la plus grosse partie de l'application. Les verres utilisés sont de type silico-sodocalcique, avec quelques nuances de composition chimique pour les applications en courant continu. Les charges mécaniques appliquées peuvent être très élevées grâce à la trempe thermique. L'autre domaine d'application du verre est celui des matériaux composites pour lequel les fibres sont utilisées pour le renforcement mécanique des isolants. Certains incidents d'exploitation ont été relevés au cours des dernières années en particulier suite à des dégradations chimiques des fibres sous l'effet des acides générés par les champs électriques avoisinants. De nouveaux modes de rupture qui restent pour une large part inexpliqués apparaissent sur des isolants composites fabriqués avec les générations de fibres de verre de type EC-R, bien que plus résistantes aux acides.
L'évolution des besoins en énergie dans le monde entraîne un dynamisme du secteur de l'isolement électrique auquel l'industrie du verre n'échappe pas. L'isolateur en verre trempé assure une longévité unique de l'isolement grâce à la nature propre de ce matériau, et bénéficie d'un engouement fort lié à ses caractéristiques intrinsèques. De son côté, l'isolateur composite poursuit son développement avec toutefois une prudence plus forte que dans le passé du fait des défaillances observées dans de nombreux pays. Les utilisateurs favorisent les applications en basse tension ou en suspension (position verticale de la chaîne d'isolateurs moins sollicitée qu'une chaîne d'ancrage horizontale) compte tenu des moindres risques mécaniques. La nature organique de ces matériaux ne permet pas d'assurer une durabilité et une fiabilité similaire au verre trempé, et d'ailleurs on observe de plus en plus d'applications où des isolateurs en verre trempé revêtus de silicone sont utilisés en remplacement d'isolateurs composites.
De nombreuses opportunités d'applications pour lesquelles les isolants composites offrent des caractéristiques particulières (lignes compactes avec bras isolants) contribuent toutefois au développement...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ZARZYCKI (J.) - Les verres et l'état vitreux. - Masson (1982).
-
(2) - RIVIERE (D.) - Le verre trempé et son utilisation pour l'isolement des lignes aériennes à haute tension. - RGE, n° 5 (mai 1966).
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(3) - DUMORA (D.), SAISSE (H.), KNOSP (B.) - Thermal tempering study of glass insulators by means of a finite element modellization. - 14th International Congress on Glass, Dehli (1986).
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(4) - GRIFFITH (A.) - * - Proc. first internat. congr. appl. mechanics deft, p. 55 (1924).
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(5) - GEORGE (J.M.), DEL BELLO (E.) - Assessment of electrical and mechanical performance of toughened glass insulators removed from existing HV lines. - CIGRE Canada Conference on Power Systems Calgary (juillet 2007).
-
(6) - GORUR (R.), SHAFFNER (D.), CLARK (W.) - Utilities share their...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
CIGRE Conseil international des grands réseaux électriques, sessions ayant lieu tous les deux ans à Paris (années paires) http://www.cigre.org
JEC Composites Show ayant lieu tous les ans à Paris http://www.jeccomposites.com
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Commission électrotechnique internationale
CEI 60383-1 - 1993 - Isolateurs pour lignes aériennes de tension nominale supérieure à 1 000 V – Partie 1 : Éléments d'isolateurs en matière céramique ou en verre pour systèmes à courant alternatif – Définitions, Méthodes d'essai et critères d'acceptation
CEI 60383-2 - 1993 - Isolateurs pour lignes aériennes de tension nominale supérieure à 1 000 V – Partie 2 : Chaînes d'isolateurs et chaînes d'isolateurs équipées pour systèmes à courant alternatif
CEI 60672-1 - 1995 - Matériaux isolants à base de céramique ou de verre – Partie 1 : Définitions et classification
CEI 60672-2 - 1999 - Matériaux isolants à base de céramique ou de verre –Partie 2 : Méthodes d'essai
CEI 60672-3 - 1997 - Matériaux isolants à base de céramique ou...
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