1: Technologie PC

Windows intégré
Contrôle par souris, clavier et écran tactile
Software PC DAT 3805

2: Appareil d’essai haute-tension (AC): HA 1885G

100 - 5.500 V AC
Limitation de courant ou 500 VA (100 mA)
Mesure des décharges partielles

3: Appareil de test en surtensions transitoires et de test d’isolation: ST 3810L

Test en surtensions transitoires:
• 300 - 6.000 V DC
• Capacité: 10, 40, 100, 200 nF
• Mesure des décharges partielles

Mesure de la résistance d‘isolement:
• 100 - 6.000 V DC
• jusque 100 GΩ (en fonction de la tension)
• limitation de courant

Test haute-tension DC:
• 100 - 6.000 V DC
• limitation de courant

4: Appareil de mesure de décharges partielles PD 4000L

Méthodes de mesure:
• avec une antenne active ultra-haute-fréquence (MW 40)
• avec un récepteur actif à couplage de ligne (HW 40)

Mesure des PDIV, RPDIV, PDEV, RPDEV par:
• Test de surtensions transitoires
• Test haute-tension AC

Selon IEC 61934

5: Matrice de commutation

Librement configurable pour:
• le nombre de connexions des bobinages
• le nombre des capteurs de température
• la connexion à l‘enveloppe
• les autres connexions pertinentes pour le test

6: DUT

Différentes parties:
• Stator
• Moteur
• Rotor

Que sont les décharges partielles ?

Les décharges partielles sont des décharges électriques localisées partielles entre des conducteurs isolés et qui se produisent le plus souvent à proximité de l’un de ces conducteurs (norme CEI 60270). Les décharges partielles se produisent sur des lignes à haute tension, dans des enroulements et autres appareils électriques. Des décharges partielles peuvent se produire en raison de défauts dans les enroulements dus à des fils émaillés défectueux, des bulles d'air lors de l’imprégnation, des défauts d'isolation ou phénomènes similaires.

Fig. 1: Décharges glissantes ou décharges superficielles lors du test haute-tension (AC)
Fig. 2: Décharges partielles lors du test de surtensions transitoires

Comment sont générées les décharges partielles?

Une impulsion haute-tension est appliquée au DUT (par ex. un stator, un rotor, ou un moteur complet) afin de générer d’éventuelles décharges partielles potentielles. Un appareil de test haute-tension SPS electronic permet la mesure de ces décharges partielles [enroulement / enveloppe (boîtier)]. Pour la mesure de décharges partielles [enroulements / enroulements] (et enveloppe) on utilise un appareil de test en surtensions transitoires (générateur de tension de choc).

Que mesure-t-on?

Une décharge partielle génère des tensions haute fréquence et des faisceaux radio. Parallèlement à la mesure de la tension d'essai, les composantes haute fréquence de la tension peuvent être mesurées avec un récepteur à couplage de ligne, ou le rayonnement radio peut être mesuré avec une antenne. Les deux méthodes sont proposées par SPS electronic et permettent des mesures fiables et précises grâce à la technologie de mesure active à bande étroite. Ces deux possibilités peuvent ainsi être utilisées sans restriction aucune dans des environnements de type laboratoire comme dans des environnements de production.

Mesure en fin de ligne de production

En premier lieu, la tension d'essai est déterminée lors d'essais de routine (tests unitaires). Pour les tests séries (nombre élevé de DUT), l’essai n'est souvent effectué qu'à cette tension et avec un nombre limité d'impulsions de tension. Les paliers de tension et impulsions sont réduits afin d'éviter une fatigue excessive sur le produit fini. Ces tests n'étaient, dans le passé, pas adaptés à la production série en raison du temps de cycle très long. La technologie de test de SPS electronic (jusque 10 impulsions par seconde) permet dorénavant de réaliser ces tests pour une production série. En raison de la réduction considérable du temps de test, les mesures en fin de ligne de production sont ainsi rendues possibles à grande échelle.

Résultat de mesure

Le résultat de la mesure est donné de façon logarithmique en millivolts (mV). Un doublement de la tension de décharge partielle de 50 mV à 100 mV correspond à une multiplication par dix de l'énergie de décharge (un doublement supplémentaire de 100 mV à 200 mV correspond à nouveau à une multiplication par dix). Le bruit de fond avec antenne est généralement (selon l'environnement) de 30 mV à 50 mV. Avec le récepteur à couplage de ligne, celui-ci est généralement de 180 mV à 230 mV. La valeur de seuil pour la détection des décharges partielles doit être d'environ 20 mV à 50 mV au-dessus du bruit de fond (spécifiée par le client).

Pourquoi ne pas mesurer pas en picocoulombs!

La mesure des décharges partielles en coulombs n’est utile que pour les paires de fils torsadés, uniquement si la capacité équivalente Cs est nettement inférieure à la capacité du condensateur de détection Cd, et n'est requise que pour les décharges partielles au sens de la norme CEI 60270. Les normes pertinentes pour les produits bobinés (par exemple CEI / TS 60034-27-5 et CEI 61934) ne font en aucun cas référence à des mesures en picocoulombs car la charge électrique ne peut pas être mesurée de manière significative. La mesure de la charge électrique en coulombs entraîne des imprécisions et de réelles difficultés lors de la comparaison.

En pratique, la tension à laquelle apparaissent les décharges partielles (PDIV) et la tension à laquelle celles-ci disparaissent (PDEV) sont des valeurs beaucoup plus significatives que l'énergie de charge. La valeur de ces tensions sont des indicateurs fiables de la qualité d’isolement: plus celles-ci sont élevées, meilleure est l'isolation.

De l’importance d’une mesure avec des composants actifs

L’antenne active (MW 40) et le récepteur actif à couplage de ligne (HW 40) permettent d’augmenter la précision de la mesure et de réduire la sensibilité aux interférences. La gamme d’applications possibles est étendue et la longueur de la ligne de connexion à l’appareil de test peut être largement augmentée.

Comparaison entre antenne active et récepteur actif à couplage de ligne

L'antenne ultra-haute-fréquence fonctionne dans la gamme des 1,57 GHz (fréquence GPS) car aucun appareil électronique ne peut interférer dans cette gamme de fréquences. Le signal est traité directement dans la tête d'antenne. La précision est ainsi accrue et la longueur de la ligne entre la tête de l’antenne et l’appareil de test peut être aussi longue que souhaitée. La mesure avec une antenne n'a de sens que sur des stators ouverts. Le récepteur actif à couplage de ligne est utilisé pour des tests sur des stators fermés (moteurs assemblés). La mesure avec le système à couplage de ligne est plus sensible, mais a un bruit de fond plus élevé et seules les fréquences dans une plage allant jusqu'à 400 MHz peuvent être évaluées.

Méthode de mesure selon CEI 61934

Les décharges partielles n'étant pas un phénomène 100% reproductible, une méthode de mesure en relation avec les impulsions de surtension a été définie dans la norme CEI 61934 pour déterminer la qualité d'isolation des matériaux d'enroulement par des mesures de décharges partielles. On n’utilise pas une seule impulsion de surtension pour l’évaluation mais toute une série d’impulsions de tensions différentes.

La norme CEI 61934 propose de travailler avec 10 impulsions par palier de tension. Dans un premier temps la tension d'essai est augmentée en continu. Dès la première apparition d'une décharge partielle, cette valeur de tension est enregistrée en tant que tension d’initiation de décharge partielle (PDIV). La tension d'essai est ensuite augmentée jusqu'à ce que 50% des impulsions de surtension génèrent une décharge partielle. Cette tension est appelée tension d’initiation de décharge partielle répétée (RPDIV). La valeur de tension des impulsions de surtension est alors diminuée. Si des décharges partielles sont détectées dans moins de 50% des impulsions de surtension, cette valeur est enregistrée comme tension d’extinction de décharge partielle répétée (RPDEV). Dès que la tension des impulsions n’engendre plus de décharges partielles on a atteint la tension d’extinction des décharges partielles (PDEV) et le test est terminé.

Ces quatre valeurs caractéristiques permettent de qualifier de manière précise l'isolation de l'enroulement et permettent de définir des tolérances de fabrication. Les tests selon CEI 61934 sont particulièrement importants pour les matériaux de bobinage exposés à des fronts de tension extrêmement rapides pendant leur utilisation. Ils permettent en effet la détection en production de défaillances potentielles précoces ne pouvant être détectées avec d'autres méthodes.