Tests de décharge partielle sans installation complexe : Guide de procédure étape par étape

Je me souviens de la configuration standard d'un banc d'essai de décharges partielles traditionnel : source haute tension, condensateur de couplage, impédance de blocage, impédance de mesure, détecteur de décharges partielles et générateur d'impulsions d'étalonnage ; 6 boîtiers qui nécessitaient chacun leur propre câblage et leur propre série de vérifications avant la première mesure !

Cette approche du test de décharges partielles (DP) peut s'avérer extrêmement complexe à mettre en œuvre. Cette complexité supplémentaire a empêché la mesure des décharges partielles dans des environnements où elle serait pourtant essentielle. Ce guide détaille les spécifications de la norme CEI 60270, explique comment la simplicité d'utilisation d'un système moderne de mesure et d'analyse des DP allège la charge de travail du personnel d'essai, et décrit son application. décharge partielle des tests adaptés à chaque type spécifique d'équipement électrique – qu'il s'agisse du câble haute tension, du transformateur de puissance ou du tableau électrique.

Il décrit également l'éventail des différentes technologies pouvant être utilisées pour aborder les différents problèmes liés aux essais des équipements électriques.

Qu’est-ce qu’une décharge partielle et pourquoi elle détruit silencieusement l’isolation ?

Une décharge partielle, souvent abrégée DP, désigne la rupture électrique d'une partie d'un isolant hétérogène, en tout point de l'isolant. Au sens large, l'espace d'isolation électrique entre le conducteur et le pôle opposé doit être complet. La décharge est partielle, mais insuffisante pour provoquer une décharge complète en boucle fermée et donc un court-circuit.

CEI 60270:2025 : « décharges qui ne traversent que partiellement l’isolation entre conducteurs ». L’énergie de chaque impulsion de décharge partielle est faible (picocoulombs), mais leur effet cumulatif au fil des années dégrade progressivement et irréversiblement les matériaux d’isolation organiques (XLPE, époxy, papier imprégné d’huile minérale).

Les décharges partielles érodent l'isolation par attaque chimique (ozone et acide nitrique issus de l'effet corona), par la chaleur et par les contraintes mécaniques dues aux ondes de choc plasma répétées. Dans une isolation solide, les décharges répétées creusent des canaux microscopiques qui se ramifient selon un motif appelé arborescence électrique. Une fois l'arborescence amorcée, le temps avant la défaillance complète varie de quelques semaines à plusieurs mois, selon le niveau de tension et l'intensité de la décharge.

La défaillance de l'isolation figure systématiquement parmi les principales causes de panne lors de la maintenance des transformateurs et des câbles par les compagnies d'électricité. Or, dans trop d'installations, le test de décharge partielle n'est effectué qu'après l'apparition de signes de défaillance de l'isolation dans les mesures de pertes diélectriques, et seulement lorsque la défaillance s'est produite, et non comme une technique de maintenance préventive lors de la mise en service et des révisions planifiées.

Quels sont les différents types de décharge partielle ?

Trois principaux types de décharges partielles (DP) se produisent dans les équipements moyenne et haute tension. Il est important de connaître ces différents types, car chacun produit une signature de DP résiduelle (PRPD) distincte et réagit différemment aux méthodes de détection :

• Les décharges internes se produisent dans les vides, les bulles de gaz ou les décollements présents dans l'isolant solide ou liquide. Ces vides forment un condensateur en série avec l'isolant principal ; leur tension de claquage étant inférieure à celle du diélectrique environnant, ils se déchargent de manière répétée aux tensions de fonctionnement normales. Les décharges internes sont les plus destructrices car elles attaquent le système d'isolation de l'intérieur.
• Décharge de surface : ce type de décharge se produit à la surface et se forme à l’interface entre deux matériaux de constantes diélectriques différentes ou à la surface d’un isolant contaminé. Le taux de développement des décharges partielles est considérablement accru au niveau des isolateurs et traversées extérieurs exposés au sel, à l’humidité et à la pollution industrielle.
• L'effet corona est un phénomène d'ionisation de l'air, produisant des filaments d'électricité autour d'arêtes vives ou de connexions mal entretenues, sur des équipements situés dans un champ électrique non uniforme. Il se produit le plus souvent au niveau des lignes aériennes et sur la surface extérieure des chaînes d'isolateurs des équipements de câbles extérieurs. Dans la grande majorité des cas, il s'agit d'un processus de décharge moins dangereux que les décharges internes, mais il est facilement détectable à distance par des capteurs à ultrasons ou à ultra-haute fréquence (UHF).

En savoir plus sur le Que signifie la décharge partielle pour les équipements à haute tension ? dans le guide de référence technique DEMIKS.

Pourquoi les essais traditionnels selon la norme CEI 60270 nécessitent quatre à six instruments distincts

La norme IEC 60270 ne décrit pas un appareil de mesure spécifique, mais plutôt un circuit de test. Cette norme internationale décrit la méthode par laquelle la charge transférée lors d'une décharge est mesurée indirectement à l'aide d'un circuit de couplage capacitif, mais elle laisse sa mise en œuvre à la discrétion de l'utilisateur. Dans la configuration classique, cela comprend traditionnellement : l'acquisition et le réglage d'au moins 6 (six) éléments ;

1. Source HT – caractérisée par de faibles niveaux de bruit parasite afin de ne pas masquer les signaux de décharge de l'objet testé, et par une fréquence qui ne varie pas au cours d'une même mesure ;
2. impédance de blocage (Z) – dont le but principal est d’empêcher les impulsions de décharge générées dans l’objet de passer à la source d’alimentation HT et d’être perdues ;
3. condensateur de couplage (Ck) – sert de chemin à très faible impédance pour les fréquences d'impulsions de décharge (100 kHz – 1 MHz), permettant aux impulsions de charge d'être envoyées au circuit de détection ;
4. impédance de mesure (Zm) – utilisée pour transformer un courant d'impulsion de charge en un signal électrique acceptable pour le détecteur ; généralement mise en œuvre sous la forme d'un quadripôle RC ou RLC.
5. Détecteur de PD – cet appareil sélectionne, amplifie, filtre et numérise le signal, et peut afficher le motif de PD résolu en phase (PRPD) par rapport au cycle de tension appliqué ;
6. Calibrateur d'impulsions – utilisé avant chaque test pour injecter une quantité de charge précisément contrôlée (en pC) dans le circuit de mesure et confirmer la traçabilité métrologique aux étalons de référence (conformément à la norme IEC 60270, requise pour chaque série de mesures).

Comme le soulignait le NETA World Journal (Stone, A. Cavallini, 2024), « le passage des instruments de détection de décharges partielles analogiques aux instruments numériques, amorcé dans les années 1990, a certes amélioré la répétabilité, mais le nombre d'instruments utilisés n'a pas diminué. Si les logiciels ont permis d'afficher des diagrammes de décharge à résolution de phase (PRPD), cette amélioration a été contrebalancée par la nécessité d'interpréter des graphiques bidimensionnels à partir de données de phase et d'amplitude, ce qui exige une grande expérience. Par ailleurs, on utilise parfois une catégorie de capteurs à transformateurs de courant haute fréquence (HFCT), qui peuvent être fixés sur les connexions de terre des câbles sans interrompre le circuit de test. Cependant, chaque capteur de ce type représente un instrument supplémentaire à se procurer, à vérifier et à configurer sur site. »

Comment les systèmes de test PD automatisés tout-en-un lèvent les obstacles

Un système de test de décharges partielles intégré ne modifie pas la nature même de la mesure conforme à la norme CEI 60270. Ce qui change, c'est la manière dont le processus est mené, ou plutôt, le nombre d'appareils que l'utilisateur doit transporter sur le terrain. Le mécanisme de couplage, le circuit de conditionnement du signal et la référence d'étalonnage in situ sont intégrés dans un seul instrument. Il suffit à l'utilisateur de connecter le câble de sortie haute tension à l'objet testé, d'effectuer un contrôle d'étalonnage de l'instrument, puis de lancer la montée en tension. Le temps de préparation du test passe ainsi de plusieurs heures à quelques minutes, sans compromis, puisqu'il n'y a pas de réseaux d'impédance auxiliaires à connecter ou à vérifier.

DEMIKS systèmes de test automatiques de décharge partielle Intégrer les trois fonctions dans une seule unité avec couplage intégré et routine d'étalonnage automatisée. détecteur de décharge partielle La gamme comprend des instruments d'enquête portables pour les tests en ligne et des unités de laboratoire pour les tests d'acceptation hors ligne — voir la gamme complète équipement de test de décharge partielle Guide de sélection des spécifications par application.

Comment réaliser un test de décharge partielle — Étape par étape

Comment réaliser un test de décharge partielle ?

Les sept étapes décrites ci-dessus s'appliquent aux tests hors ligne effectués avec un banc d'essai de décharges partielles intégré conforme à la norme CEI 60270. Avant de commencer, assurez-vous que l'objet testé est totalement hors tension et correctement isolé.

1. Raccordez et vérifiez le circuit de test. Connectez le câble haute tension, la masse et le couplage à l'élément testé. Pour un système intégré, assurez-vous que le couplage est correctement représenté par sa valeur capacitive sur l'écran de contrôle d'entrée de l'instrument.
2. Mesurer le bruit de fond de la source de décharges partielles (niveau de plancher des décharges partielles). Couper la source haute tension et faire fonctionner le détecteur pendant 30 secondes. Enregistrer la valeur en pC. Si la valeur mesurée dépasse 1 à 2 pC, il est nécessaire de trouver la source de bruit et de la désactiver avant de poursuivre.
3. Injection d'une impulsion d'étalonnage : injecter une charge connue (100 pC ou 500 pC) dans l'objet testé au moyen d'un générateur d'impulsions d'étalonnage interne (ou d'un étalonneur externe). Vérifier que la valeur de sortie est à 5 % près de la charge. Cette procédure est exigée par la norme CEI 60270 et permettra de contrôler toutes les mesures ultérieures.
4. Appliquez une tension à la tension d'amorçage des décharges partielles (PDIV). Augmentez progressivement la tension de test de 0 V jusqu'à la tension de fonctionnement nominale (U), voire au-delà, en observant l'affichage des décharges partielles. Cette valeur correspond à la tension d'amorçage des décharges partielles (PDIV), soit la tension minimale à laquelle des impulsions régulières sont observées.
5. Maintenir la tension de test pendant au moins 60 secondes, conformément à la norme IEEE 400.3-2022. Durant cette période, mesurer et enregistrer l'amplitude maximale de la décharge partielle (DP) en pC, ainsi que le PRPD et le nombre d'impulsions par unité de temps.
6. Diminuez progressivement la tension et localisez la PDEV. Abaissez la tension lentement. PDEV – tension d'extinction des décharges partielles (la tension à laquelle il n'y a plus de répétition des décharges partielles). Un écart important entre la PDIV et la PDEV indique des décharges auto-entretenues aux faibles valeurs de champ.
7. Répétez le contrôle d'étalonnage et notez les valeurs. Après le test, injectez à nouveau l'impulsion d'étalonnage et vérifiez que le système n'a pas dérivé hors tolérance. Consignez l'image du diagramme de diffraction des rayons X (PRPD) et les résultats numériques dans le rapport de test.

Tests de décharges partielles spécifiques aux équipements : câbles, transformateurs, appareillages de commutation et générateurs

La méthode de couplage et le choix de la source de tension varient considérablement selon l'équipement testé. Toute configuration incorrecte entraîne une perte de temps et un résultat invalide. Avant votre arrivée sur site, assurez-vous d'adapter la méthode décrite dans le tableau ci-dessous à votre équipement.

Fournitures DEMIKS générateurs haute tension à ultra-basse fréquence pour les tests de décharge partielle des câbles à 0.1 Hz VLF et dispositifs de tenue en tension à résonance à fréquence variable pour les essais de câbles résonants en série. Des configurations complètes spécifiques à chaque actif sont disponibles via le équipement de test haute tension Pages de sélection de produits.

Surveillance de la maladie de Parkinson en ligne, hors ligne ou en continu : choisir sans surinvestir

Tous les équipements ne nécessitent pas le même niveau de contrôle des décharges partielles (DP). Selon une enquête sectorielle, seulement 5 à 10 % des équipements moyenne tension en exploitation présentent un niveau significatif de DP, indiquant un risque de défaillance à court terme. Dans un poste électrique entier, alors que plus de 90 % des panneaux sont fonctionnels, l'installation permanente de capteurs de surveillance des DP représente un gain minime. Il est essentiel de prendre en compte la criticité des équipements et la possibilité de les mettre hors tension.

Interprétation des résultats PD — Que signifient les valeurs PDIV, PDEV et pC ?

Selon la norme CEI 60270, la mesure des décharges partielles (DP) est exprimée en picocoulombs (pC) de charge apparente : la charge qui, injectée aux bornes de l’objet testé, produirait la même lecture sur l’instrument de mesure que celle produite par la décharge partielle elle-même. Le suivi de l’activité des décharges partielles sur plusieurs tests consécutifs – plutôt que l’analyse d’une mesure isolée – offre une valeur diagnostique bien supérieure. Il est important de noter qu’il ne s’agit pas de la charge réellement transférée au point de la DP ; cette quantité est extrêmement faible et non mesurable in situ. Comprendre cette distinction est essentiel pour comparer les résultats obtenus entre laboratoires ou avec différents types d’instruments.

Deux indicateurs basés sur la tension fournissent les informations de diagnostic les plus utiles :

• Tension d'amorçage des décharges partielles (PDIV) : tension appliquée à l'objet testé à partir de laquelle des impulsions de décharges partielles répétitives sont observées lors d'une augmentation progressive de la tension. En dessous de cette tension, aucune activité de décharges partielles ne se produit.
• Tension d'extinction des décharges partielles (PDEV) : tension à laquelle la tension appliquée est lentement réduite après avoir été portée au-dessus de la tension d'extinction des décharges partielles (PDIV) à laquelle les décharges partielles cessent de se répéter. Une PDEV inférieure à la PDIV suggère que la décharge persistera à des tensions plus basses, ce qui indique généralement un défaut plus grave.

Quelle est la norme pour les tests de décharge partielle ?

La norme IEC 60270:2025 (4e édition) constitue la référence la plus largement applicable pour la mesure des décharges partielles électriques conventionnelles. Elle couvre les circuits de test, les mesures en picocoulombs, les exigences d'étalonnage et les procédures de rapport. Pour les essais sur site des câbles, la norme IEEE 400.3-2022 décrit les essais hors ligne avec une source de tension à fréquence industrielle ou à très basse fréquence (VLF). La norme IEEE 400.4-2015 couvre les systèmes à courant alternatif amorti (DAC). Pour les mesures sans contact des appareillages de commutation/GIS à l'aide de capteurs, la norme IEC 62478 établit les procédures de mesure UHF et TEV. Consultez le guide DEMIKS pour savoir comment choisir l'instrument adapté. choix de l'équipement de test de décharge partielle.

Qu’est-ce qui change dans les tests de décharge partielle (2025-2026) ?

Le marché mondial des équipements de test de décharges partielles (DP), estimé à plus d'un milliard de dollars en 2025 et en constante augmentation, connaîtra une croissance continue grâce aux programmes de modernisation des réseaux électriques, au remplacement des infrastructures et aux investissements dans l'éolien offshore. Voici un aperçu de l'état des tests de DP sur le terrain d'ici fin 2026.

• Les essais de décharges partielles en courant continu haute tension (HVDC) passent du stade de la recherche de niche à celui de la pratique. Le transport d'énergie éolienne en mer repose sur de longues liaisons HVDC isolées qui doivent être conditionnées lors des essais de décharges partielles (DP). Une différence majeure entre les DP HVDC et HVAC réside dans leur nature non cyclique. Alors que les DP HVAC se caractérisent par des pics d'activité distincts, liés aux cycles de puissance, les DP HVDC peuvent être très éparses et leur phase ne peut être facilement résolue par rapport à une référence de fréquence du réseau. Les techniques de détection et d'évaluation des DP CC dans les systèmes de câbles seront commercialisées en 2025, et le comité technique 64 de la CEI (CEI TC64), qui élabore la norme CEI 60270, travaille activement à la rédaction de lignes directrices pour les essais de DP CC.
• La reconnaissance de formes PRPD assistée par l'IA réduit les obstacles à l'interprétation. Le grief le plus fréquent des utilisateurs concerne test de décharge partielle Le suivi et la surveillance, documentés dans la littérature NETA et CIGRE, montrent que la lecture des diagrammes de décharges partielles (DP) à résolution de phase exige une expérience qui s'acquiert au fil des années, tant sur le terrain qu'en laboratoire. Des outils de post-traitement utilisant la classification par apprentissage automatique sont désormais intégrés aux instruments commerciaux, signalant les types de défauts probables et distinguant les interférences des signaux de détection de décharges authentiques. Ceci permet de résoudre directement la complexité d'interprétation qui a limité l'adoption de la détection de DP.
• La technologie des onduleurs SiC et GaN crée de nouvelles exigences en matière de tests de décharges partielles pour les entraînements de moteurs. Les variateurs de vitesse utilisant des transistors de commutation en carbure de silicium ou en nitrure de gallium génèrent des impulsions de tension dont le temps de montée peut atteindre 10 nanosecondes, soit presque le même que celui des impulsions de décharges partielles. La séparation des signaux de détection de décharges partielles authentiques des transitoires induits par le variateur dans les moteurs de traction de véhicules électriques, les actionneurs d'aéronefs et les câbles haute tension connectés aux systèmes d'asservissement industriels constitue un axe de recherche actif en matière de capteurs et de filtres jusqu'en 2025-2026.

De la part de l'équipe d'ingénierie DEMIKS : Notre équipe d'ingénieurs haute tension a constaté l'évolution du marché vers une plus grande facilité d'utilisation sur le terrain, des bancs d'essai multicomposants moins complexes et des instruments qu'un nouveau technicien peut utiliser et dont il peut obtenir un résultat standard et reproductible après une seule journée de formation. Les tests requis pour les câbles haute tension peuvent différer de ceux nécessaires pour les transformateurs ou les systèmes géothermiques, mais la tendance générale est à la simplification, à l'automatisation et à la réduction de la dépendance aux compétences individuelles de l'opérateur. Cette volonté de simplifier les tests sur le terrain et de les rendre conformes aux normes a guidé la conception de notre gamme d'équipements de test de décharges partielles automatisés.

Questions fréquemment posées sur les tests de décharge partielle