CONTENU
Qu’est-ce qu’un test de tenue en tension à fréquence industrielle selon la norme CEI ?
Quelle est la différence entre un test d'isolation pour un équipement électrique haute tension et un test de tenue en tension ?
Quel équipement est nécessaire pour effectuer le test de tenue en tension à fréquence industrielle ?
Quelle est la durée du test de tenue en tension à fréquence industrielle ?
Comment réaliser un test de tenue en tension à fréquence industrielle ?
Domaine d'application des dispositifs de test de tenue en tension à fréquence industrielle
Distribution et développement des fabricants chinois d'équipements de tenue aux tensions à fréquence industrielle
Qu’est-ce qu’un test de tenue en tension à fréquence industrielle selon la norme CEI ?
L' essai de tenue en tension à fréquence industrielle CEI est une méthode essentielle pour vérifier la sécurité de l'isolation des équipements électriques selon les normes internationales. Largement utilisé pour la certification des produits, les essais de réception en usine et la maintenance, il constitue un test fondamental pour évaluer les performances d'isolation.
« CEI » désigne la Commission électrotechnique internationale ; « fréquence industrielle » fait référence à la fréquence standard du courant électrique industriel (généralement 50 Hz ou 60 Hz) ; et « tension de tenue » désigne la capacité d’un équipement électrique ou d’un matériau isolant à supporter une tension élevée spécifique pendant une durée définie sans subir de défaillance d’isolation, telle qu’un claquage diélectrique ou un contournement (décharge superficielle). En résumé, l’essai de tenue en tension à fréquence industrielle vérifie la fiabilité de l’isolation en simulant la capacité de l’équipement à supporter les contraintes de tension en fonctionnement normal ou lors de surtensions de courte durée (comme les surtensions de commutation), prévenant ainsi les accidents tels que les chocs électriques ou les courts-circuits causés par des défauts d’isolation.
Quelle est la différence entre un test d'isolation pour un équipement électrique haute tension et un test de tenue en tension ?
La tension de tenue d'isolation (TDI) est un paramètre essentiel qui décrit les performances d'isolation des équipements électriques ou des matériaux isolants. Elle correspond à la tension maximale que l'isolant peut supporter dans des conditions spécifiées (type de tension, durée, environnement, etc.). Le dépassement de cette valeur entraîne une rupture de l'isolant, un contournement et d'autres défaillances.
La différence entre la tension de tenue d'isolation et la tension de tenue à fréquence industrielle :
Portée différente
La tension de tenue d'isolation est un concept large qui englobe les capacités de tenue d'isolation sous différents types de tensions, notamment :
Tension alternative à fréquence industrielle (par exemple 50 Hz/60 Hz) ;
tension continue (comme les équipements de transmission HVDC) ;
tension d'impact (telle que l'impact de la foudre, l'impact de fonctionnement, la haute tension instantanée) ;
Tension haute fréquence (telle que les signaux haute fréquence dans les équipements électroniques), etc.
La tension de tenue à la fréquence industrielle est un concept précis qui se réfère uniquement à la capacité de l'isolation à supporter une tension alternative élevée à la fréquence industrielle (50 Hz ou 60 Hz). Elle permet de vérifier la tenue de l'isolation des équipements électriques sous l'effet d'une surtension de courte durée. Il s'agit d'une manifestation spécifique de la tension de tenue de l'isolation. Sa mise en œuvre doit être conforme aux normes (telles que CEI 60243, GB/T 16927, etc.).
Différentes propriétés
La tension de tenue de l'isolant est une caractéristique inhérente à l'isolant lui-même (influencée par le matériau, la structure, le procédé, etc.) et constitue une description quantitative de « la tension maximale que l'isolant peut supporter » (par exemple, la tension de tenue de l'isolant d'un câble est de 10 kV).
La tension de tenue à la fréquence industrielle fait référence à la méthode d'essai permettant de vérifier cette caractéristique (essai de tenue à la fréquence industrielle). En appliquant une haute tension à fréquence industrielle spécifiée pendant une durée déterminée (par exemple, 1 minute), on vérifie si l'isolation répond aux exigences de conception (absence de claquage ou de contournement).
Différents scénarios d'application
L'évaluation de la tension de tenue d'isolement nécessite la sélection du type de tension correspondant en fonction de l'environnement de travail réel de l'équipement :
Par exemple, les parafoudres doivent être évalués en fonction de leur tension de tenue aux impulsions de foudre, et les câbles CC doivent être évalués en fonction de leur tension de tenue en courant continu ;
L'essai de tenue en tension à fréquence industrielle sert principalement à vérifier la sécurité des équipements en fonctionnement normal ou en cas de surtension de courte durée à fréquence industrielle (comme une surtension due au fonctionnement du réseau électrique). Il s'agit d'un des contrôles d'isolation les plus courants (notamment lors des inspections en usine des appareils électroménagers et des interrupteurs basse tension).
En bref, la tension de tenue à la fréquence industrielle est l'incarnation spécifique de la tension de tenue d'isolation dans les scénarios CA à fréquence industrielle, tandis que la tension de tenue d'isolation est un concept plus large qui couvre les performances d'isolation sous différents types de tension.
Quel équipement est nécessaire pour effectuer le test de tenue en tension à fréquence industrielle ?
Concernant la durée des essais de tenue en tension à fréquence industrielle, la CEI a établi des normes spécifiques pour différents types d'équipements électriques (tels que les moteurs, les transformateurs, les câbles, les appareils électroménagers et les équipements électroniques). Les principales dispositions sont les suivantes :
Tension d'essai : Déterminée en fonction de la tension nominale de l'équipement, de sa classe d'isolation et du scénario d'application (par exemple, 1.5 kV à 5 kV pour les équipements basse tension et jusqu'à plusieurs dizaines de kilovolts pour les équipements haute tension) ;
Durée du test : généralement 1 minute (cette durée peut être raccourcie ou prolongée dans certains cas) ;
Critères d'acceptation : aucune défaillance d'isolation ni aucun contournement significatif ne se produit pendant l'essai, et le courant de fuite reste stable dans les limites admissibles.
Les normes pertinentes comprennent : IEC 60076 (essais de tenue en tension d'isolement des transformateurs de puissance) et IEC 60270 (décharge partielle mesure, souvent mentionnée en conjonction avec les tests de tenue en tension).
Comment réaliser un test de tenue en tension à fréquence industrielle ?
Le flux de travail principal pour le test de tenue en tension à fréquence industrielle comprend la préparation, le câblage, le réglage des paramètres, la montée en tension (augmentation, maintien et diminution) et l'évaluation des résultats ; le strict respect des protocoles de sécurité est obligatoire tout au long du processus.
I. Préparation au test
Vérifier l’équipement testé (EUT) et son état.
Assurez-vous que l'équipement testé est hors tension et déchargé (utilisez une tige de décharge pour libérer les charges résiduelles). Nettoyez la surface pour éliminer la poussière et l'huile, afin d'éviter que les arcs électriques superficiels n'affectent les résultats des tests.
Inspectez l'extérieur de l'équipement pour détecter les défauts tels que des dommages évidents, une isolation fissurée ou des bornes oxydées (réparez tout dommage avant de procéder aux tests).
Identifier les points d'isolation à tester (par exemple, les enroulements du moteur par rapport au boîtier, les âmes du câble par rapport à la gaine, les pièces électriques sous tension par rapport aux pièces métalliques exposées) et désigner la « borne haute tension » et la « borne de terre (borne basse tension) ».
Vérifiez l'instrument de test.
Utilisez un testeur de tension de tenue à fréquence industrielle (étalonné par un organisme de métrologie agréé et dans sa période de validité) et vérifiez son fonctionnement : sortie haute tension stable, protection fiable contre les surintensités et mise à la terre correcte.
Préparez les outils auxiliaires : gants isolants, tapis isolants, tige de décharge (avec résistance de limitation de courant), câbles haute tension (avec un pouvoir isolant correspondant à la tension d’essai) et un multimètre (pour les contrôles de continuité).
Mesures de sécurité et de protection.
Installez des panneaux d'avertissement de sécurité (par exemple, « Danger : Haute tension ») dans la zone de test et établissez une zone de dégagement de sécurité (généralement ≥ 1.5 mètre ; la distance augmente avec la tension) ; limitez l'entrée au personnel autorisé uniquement.
Les opérateurs doivent porter des gants et des chaussures isolants et se tenir sur un tapis isolant ; le boîtier du testeur et les parties non testées de l'EUT doivent être mis à la terre de manière fiable (résistance de mise à la terre ≤4Ω).
II. Opérations de câblage
Raccordez correctement le circuit de test en fonction de la structure d'isolation de l'équipement testé. Principe de base : connectez le côté haute tension de l'isolation testée à la sortie haute tension du testeur et le côté basse tension/masse à la borne de masse du testeur (ou directement à la masse). Exemple 1 : Moteurs/Transformateurs (Test d'isolation entre les enroulements et le boîtier).
Connectez l'enroulement testé (par exemple, l'enroulement du stator du moteur) à la borne « Sortie haute tension » du testeur ;
Raccordez le carter du moteur et tous les enroulements non testés à la borne « Masse » du testeur, en assurant une connexion à la terre fiable.
Exemple 2 : Câbles (Test d’isolation entre les conducteurs principaux et la gaine)
Raccordez le conducteur principal à une extrémité du câble à la borne « Sortie haute tension » du testeur ;
Connectez le conducteur central à l'autre extrémité du câble et la gaine (ou couche de blindage métallique) à la terre (c'est-à-dire la borne « Terre » du testeur).
Exemple 3 : Appareils électriques basse tension (Test d’isolation entre les parties sous tension et le métal exposé, par exemple les prises)
Connectez les bornes sous tension (phase et neutre) de la prise à la borne « Sortie haute tension » du testeur ;
Raccordez la borne de mise à la terre (ou le boîtier métallique exposé) de la prise à la borne « Masse » du testeur.
Remarque : Assurez-vous que les connexions sont bien fixées ; des câbles haute tension mal fixés peuvent provoquer des décharges d'air (étincelles), ce qui affecte la précision du test.
III. Paramètres
Configurez les paramètres de test en fonction des normes (par exemple, IEC, GB) ou de la documentation technique applicable à l'équipement testé :
Tension d'essai : Déterminée par la tension nominale de l'équipement (par exemple, pour un équipement basse tension avec Uₙ=220V, la tension d'essai peut être de 2.5 kV ; pour un équipement haute tension, elle peut dépasser 10 kV - se référer à la norme spécifique).
Durée du test : généralement 1 minute (dans des cas particuliers, cette durée peut être réduite à 10 secondes ou prolongée à 5 minutes, sous réserve des exigences standard).
Courant de protection (courant de déclenchement) : définissez une valeur de protection contre les surintensités appropriée en fonction de la capacité de l’équipement (pour éviter que les courants élevés n’endommagent l’équipement ou le testeur lors d’une rupture diélectrique ; généralement dans la plage des mA, par exemple 50 mA à 1 A, ajustée en fonction de la capacité de l’équipement).
IV. Montée en tension et stabilisation
Montée en tension lente
Mettez le testeur en marche et augmentez progressivement la tension en mode manuel ou automatique (vitesse de montée en tension généralement ≤ 1 kV/s) afin d'éviter de soumettre l'isolation à une surtension soudaine. Pendant la montée en tension, surveillez attentivement :
Toute anomalie (par exemple, contournement superficiel, décharge d'étincelles, bruit inhabituel ou fumée) ;
Stabilité de la lecture du « courant de fuite » sur le testeur (s'assurer qu'il n'y a pas de surtension soudaine).
Maintien de la tension et temporisation
Une fois que la tension atteint la valeur définie, démarrez la minuterie (par exemple, pour 1 minute) ; maintenez une tension stable pendant cette période et continuez à surveiller les anomalies susmentionnées et le courant de fuite.
Réduisez immédiatement la tension manuellement (appuyez sur le bouton « Arrêt d’urgence » ou « Diminution de tension ») si l’un des événements suivants se produit :
Panne manifeste (défaillance de l'isolation, surtension soudaine ou déclenchement de la protection contre les surintensités du testeur) ;
contournement continu (décharge superficielle soutenue accompagnée d'étincelles ou de crépitements) ;
Fumée ou échauffement anormal de l'équipement testé.
V. Réduction et décharge de tension
Réduction lente de la tension
Une fois le temps de maintien écoulé, réduisez lentement la tension à zéro (ne coupez pas l'alimentation brutalement pour éviter les surtensions inverses).
Décharge en toute sécurité
Une fois la tension revenue à zéro, déconnectez la sortie du testeur ; utilisez une tige de décharge équipée d'une résistance pour entrer en contact d'abord avec la borne de terre, puis avec la borne haute tension de l'équipement testé (par exemple, les enroulements ou les conducteurs du noyau) afin de dissiper complètement la charge résiduelle (durée de décharge ≥ 30 secondes pour éviter les chocs électriques).
VI. Évaluation des résultats
Réussite : Aucune défaillance d'isolation ni aucun contournement continu ne s'est produit pendant le test ; le courant de fuite est resté stable et dans la limite standard admissible (par exemple, ≤10 mA pour certains équipements).
Défaillance : une panne s’est produite (le testeur a disjoncté), un contournement continu a été observé ou le courant de fuite a largement dépassé la limite admissible.
Précautions clés
Conditions de test interdites : Ne pas effectuer le test si l’isolation de l’équipement est fortement humide ou endommagée, ou s’il existe un court-circuit interne (cela pourrait entraîner la destruction de l’équipement ou endommager le testeur).
Différences entre les types d'équipement :
Les équipements capacitifs (par exemple, les câbles, les condensateurs) peuvent présenter un courant de charge élevé lors de la montée en tension ; augmentez la tension lentement et laissez suffisamment de temps pour la charge ;
Pour les machines électriques tournantes, vérifiez si le point neutre de l'enroulement est mis à la terre (si c'est le cas, déconnectez-le avant de tester chaque enroulement de phase).
La sécurité avant tout : ne jamais toucher les conducteurs haute tension ni les bornes haute tension de l’équipement testé pendant la procédure ; en cas d’anomalie, réduire la tension et décharger l’équipement avant inspection – ne jamais intervenir lorsque l’équipement est sous tension. En suivant les étapes ci-dessus, l’essai de tenue en tension à fréquence industrielle peut être réalisé de manière normalisée, garantissant des résultats précis et la sécurité d’utilisation. En pratique, les détails spécifiques doivent être adaptés conformément aux normes applicables à l’équipement concerné (transformateurs, appareils électroménagers ou câbles, par exemple), telles que IEC 60076 ou GB 4706.1.
Domaine d'application des dispositifs de test de tenue en tension à fréquence industrielle ?
Les appareils d'essai de tenue en tension à fréquence industrielle sont largement utilisés dans la fabrication de matériel électrique, l'exploitation des réseaux électriques, les instituts de recherche et les universités. Ces appareils se divisent en deux catégories : les unités intégrées (pour les tensions inférieures à 30 kV) et les unités séparées. La console de commande comprend un régulateur de tension à contacts (ou un régulateur motorisé à colonne pour les puissances supérieures à 50 kVA) ainsi que les circuits de commande, de protection, de mesure et de signalisation associés. En se connectant à une alimentation à fréquence industrielle de 220 V ou 380 V et en ajustant le régulateur – qui contrôle ainsi la tension d'entrée de l'enroulement primaire du transformateur d'essai haute tension –, la haute tension d'essai requise est générée par induction électromagnétique. Conformément aux normes d'essai, les transformateurs de puissance, les câbles d'alimentation, les générateurs à vapeur et hydroélectriques, ainsi que d'autres équipements capacitifs doivent subir des essais de tenue en tension alternative rigoureux et périodiques.
Les essais de tenue diélectrique des isolants se classent en deux catégories : les essais de tenue diélectrique en courant continu (CC) et les essais de tenue diélectrique en courant alternatif (CA). Historiquement, les essais CC étaient utilisés pour les câbles ; cependant, la recherche et l’expérience pratique ont démontré leur inefficacité et leur potentiel dommageable pour l’isolation en caoutchouc-plastique. La Chine a commencé à étudier et à mettre en œuvre la technologie des essais de tenue diélectrique en CA dans les années 1990. Après plus de vingt ans de recherche et d’application, les pays du monde entier ont progressivement adopté les essais de tenue diélectrique en CA en remplacement des essais CC, et les organismes de normalisation nationaux et internationaux compétents ont révisé leurs protocoles d’essai pour les câbles haute tension. En mai 1997, un groupe de travail du CIGRE (Conseil international des grands réseaux électriques) a remis en question l’utilisation des essais de tenue diélectrique en CC et a recommandé l’adoption mondiale des méthodes d’essai en CA utilisant les gammes de fréquences industrielles ou proches de celles-ci (30–300 Hz). Dans les provinces chinoises dotées de réseaux électriques relativement développés, les essais de tenue diélectrique en CA sont devenus une norme obligatoire, tandis que les réglementations d’essai pour les autres régions sont en cours d’élaboration. La transition des essais de tenue diélectrique traditionnels en CC vers les essais de tenue diélectrique en CA est une évolution inévitable.
Les bancs d'essai résonants série à fréquence variable sont largement utilisés dans des secteurs tels que l'énergie électrique, la métallurgie, le pétrole et la chimie. Ils conviennent aux essais de réception et de prévention des défauts des équipements capacitifs haute tension de grande capacité. Image d'un banc d'essai de tenue en tension résonante série à fréquence variable, prêt à être expédié.
Principales applications du système de tension de tenue à résonance série à fréquence variable :
1. Essais de tenue en tension alternative pour les câbles XLPE haute tension de 6 kV à 500 kV
2. Essais de tenue en tension à fréquence industrielle pour les transformateurs de 6 kV à 500 kV
3. Essais de tenue en tension CA pour les appareillages de commutation GIS et SF6
4. Essais de tenue en tension alternative pour les générateurs
5. Essais de tenue à la tension alternative pour d'autres équipements électriques haute tension, tels que les barres omnibus, les traversées et les transformateurs de mesure.
Comparaison avec les équipements conventionnels :
En régime de fréquence industrielle, si l'objet testé présente une capacité élevée ou si la tension d'essai requise est élevée, la capacité d'alimentation du système de test doit également être importante. Les systèmes de tenue en tension à fréquence industrielle traditionnels (utilisant des transformateurs d'essai CA) comportent souvent des composants individuels volumineux et lourds, difficiles à transporter sur site ; ils manquent également de flexibilité en termes de configuration et d'association. En revanche, le système de test résonant série à fréquence variable (dont la taille et le poids sont environ 1/3 à 1/4 de ceux des transformateurs d'essai traditionnels immergés dans l'huile) se compose d'une alimentation à fréquence variable, d'un transformateur d'excitation, d'une inductance et d'un diviseur de tension. Ses caractéristiques comprennent une taille compacte et un poids léger, bien que le système implique une construction complexe, des coûts plus élevés et un câblage complexe. Le testeur de tenue en tension portable à fréquence industrielle (comprenant un transformateur sec) transformateur d'essai et une unité de commande) est compacte et légère, présente une structure simple et très fiable, et est pratique pour une utilisation sur site.
