Bien qu’un certain nombre de paramètres atmosphériques affectent la résistance diélectrique de l’isolation externe, la densité relative de l’air (δ) et l’humidité absolue sont considérées comme les plus significatives. Ici, l’accent est mis sur le premier, qui joue un rôle clé dans le développement des systèmes de transmission à haute altitude, comme par exemple en Chine jusqu’à 5000 m. L’étude du rôle de la densité de l’air a commencé il y a plus d’un siècle, mais s’est accélérée avec le développement de la THT et la nécessité d’optimiser la conception des lignes et des sous-stations sous des surtensions de commutation. Des essais à haute altitude sur de grands dégagements ont été effectués en Russie (1967 Bazeylan & 1968 Volkova et al : essais jusqu’à 3370 m), aux Etats-Unis (1967 Phillips et al : essais jusqu’à 3500 m), au Japon (Harada et al. 1970 : essais jusqu’à 1850 m) ainsi qu’en Italie, en Afrique du Sud et au Mexique (Pigini et al. 1989 : essais comparatifs jusqu’à 3000 m). Des recherches plus récentes sont nées de la nécessité d’optimiser la conception des projets UHV à haute altitude en Chine, avec des essais systématiques à Wuhan (35 m), Beijing (50 m), Chengdu (500 m), Yinchuan (1000) m, Lanzhong (1500 m), Kunming (2100 m), Xining (2260) m, Qinghai (3000) m et Tibet (4300m). De grandes chambres climatiques, comme celle de l’EPRI de Chine, ont été construites pour simuler des altitudes allant jusqu’à 6000 m.

Il y a eu différentes approches dans les normes sur la façon de tenir compte de la variation de la densité de l’air avec l’altitude. La norme IEC 60060-1, par exemple, conçue pour corriger les tests de laboratoire, utilise : U=Uo*K, où U et Uo sont les rigueurs diélectriques à haute altitude et aux conditions atmosphériques standard respectivement et où K est le facteur de correction de la densité de l’air donné par K=δm avec δ étant la densité relative de l’air à haute altitude. La norme IEC 60071-2, conçue pour la coordination de l’isolation, fait directement référence à l’altitude du site (H), étant δ sous des hypothèses simplifiées liées à H par δ=e(H/8150). Le principal problème est de déterminer le paramètre m, qui dépend du type de contrainte de tension, de la configuration de l’isolation, du type d’isolant et des conditions environnementales (par exemple, sec, humide, contaminé). La figure 1 montre un exemple de la gamme des valeurs ‘m’ trouvées par différents chercheurs pour une impulsion de commutation positive pour différentes configurations avec et sans isolateurs. Les résultats sont représentés en fonction de l’écartement. Dans ce même graphique, les courbes continues représentent l’approche de correction adoptée dans l’ancienne norme CEI 60, reliant m au jeu. L’approche plus récente des normes CEI 60060 et 60071, a tenté de mieux rationaliser les informations disponibles (alors limitées à 3500 m) en reliant le facteur m aux paramètres de contrainte plutôt qu’au jeu. Cependant, les approches des deux sont parfois contradictoires, même si elles partent des mêmes données de base, et elles sont également difficiles à appliquer. De plus, elles ne tiennent pas compte des informations provenant d’essais jusqu’à 5000 m. Un besoin existait donc de mettre à jour et d’harmoniser ces approches de correction tout en tenant compte des derniers résultats, comme le recommande la CEI et comme le soutient le CIGRE, où des groupes de travail ont examiné l’influence de l’altitude sur les isolateurs propres (WG D1.50) et les isolateurs pollués (WG D1.44).

Il existe plusieurs façons d’optimiser la nouvelle approche:

1. L’influence de la densité de l’air est généralement une partie mineure de la tension de claquage/flashover : une inexactitude vraiment petite dans la mesure, dans la simulation de la configuration ou dans les paramètres de tension peut conduire à des inexactitudes significatives dans le paramètre m lors de la comparaison des résultats à différentes altitudes. Les essais comparatifs à différentes altitudes doivent donc être conçus et réalisés avec précision.

2. Mieux vaut ne pas négliger la gamme existante de données expérimentales historiques, en utilisant les données nouvellement générées pour mieux les intégrer et les mettre en œuvre.

3. De nombreux essais ont été réalisés sur des configurations de base telles que le plan de tige dans des conditions sèches, où l’influence de la densité de l’air peut être très différente de celle des configurations réelles d’isolateurs. De nouvelles données pour les configurations réelles devraient être fournies autant que possible.

4. L’une des conditions environnementales les plus importantes à prendre en compte dans la conception est la performance sous la pluie, qui peut réduire considérablement la résistance de l’isolateur en fonction de la tension, de la configuration et du type d’isolateur. Puisque l’influence relative de la densité de l’air sur la résistance de l’isolateur peut changer sous la pluie, davantage de données peuvent être nécessaires pour mieux comprendre comment (par exemple, en recherchant la performance des isolateurs sous tension continue et sous la pluie).

5. Étant donné que la pollution est la contrainte de conception régissant les systèmes à courant continu, des données supplémentaires sont nécessaires sur l’influence de la densité de l’air sur le flashover de pollution des isolateurs hydrophiles ainsi que des isolateurs hydrophobes en fonction de leur géométrie.

6. En raison de la complexité du phénomène et des nombreux paramètres impliqués, la compréhension de l’influence de la densité de l’air peut être facilitée si elle est accompagnée d’une analyse de son impact sur les processus physiques conduisant à l’embrasement, y compris son influence sur les phases de streamer et de leader.

7. En raison de cette complexité, il ne semble pas possible d’arriver à une approche unique qui soit à la fois précise et relativement simple. En fin de compte, la simplicité devrait être l’objectif pour les applications d’ingénierie et la précision requise pourrait être évaluée en examinant la dispersion typique des résultats expérimentaux.

8. Autant que possible, l’approche “formelle” devrait être la même pour toutes les diverses normes afin d’éviter toute confusion dans les normes actuelles qui expriment souvent le même concept et donnent des indications similaires, mais emploient un langage différent.

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