Isolation et mise à la terre

Dans de nombreuses applications de production et distribution d’énergie, les matériaux diélectriques semi-conducteurs servent à réduire les contraintes électriques. Ici, nous examinerons un modèle simple mettant en évidence les composants / étapes clés de cette modélisation. La figure ci-dessous montre un agencement typique d’isolateur de traversée avec un conducteur haute tension à 10 kV (rouge) sortant d’un couvercle de cuve mis à la terre (jaune) avec un isolateur de traversée vert isolant entre eux. La permittivité de l’isolateur de traversée est de 5,7.

Isolateur de traversée avec perte diélectrique

Isolateur de traversée avec perte diélectrique

Seul le diélectrique et l’air ambiant doivent être inclus dans le modèle. Le modèle présente une symétrie d’ordre 8 et peut donc être davantage simplifié en incluant seulement 45 degrés.

Coupe modélisée avec symétrie

Coupe modélisée avec symétrie

Le champ électrique juste dans l’air à l’extérieur de l’isolant près du couvercle est proche de 40 kV cm-1, comme on peut le voir ci-dessous. Cela peut conduire à une panne, car il est supérieur à 33 kV cm-1.

Région de champ élevé

Région de champ élevé

Modèle avec recuit de détente

Pour surmonter les champs électriques élevés, un revêtement de matériau à classement par contrainte peut être appliqué sur l’isolant. La figure ci-dessous illustre la partie du modèle à 45 degrés avec inclusion du matériau à classement par contrainte.

Ajout du modèle avec matériau de recuit de détente

Ajout du modèle avec matériau de recuit de détente

Les propriétés du matériau sont ϵ = 2, σ = 10−6 S/m. Le matériau raccorde les limites de tension hautes et basses permettant la circulation d’un courant faible (en raison de la faible conductivité), puis la redistribution du champ électrique.

Champ électrique avec ajout de classement par contrainte

Champ électrique avec ajout de classement par contrainte

La densité de courant du matériau diélectrique avec pertes peut également être évaluée, comme indiqué ci-dessous.

Densité de courant après ajout de perte diélectrique

Densité de courant après ajout de perte diélectrique

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