champ électrique

Un champ électrique est la région d'influence invisible qui entoure toute charge électrique, ou qui se situe entre deux points à des potentiels électriques différents. Contrairement à la gravité, qui agit sur la masse, un champ électrique exerce une force directement sur les électrons, les ions et les autres particules chargées. L'intensité du champ augmente à mesure que l'on se rapproche de sa source et diminue avec la distance ; il est dirigé vers l'extérieur à partir des charges positives et vers l'intérieur vers les charges négatives.

Dans le travail industriel pratique, les champs électriques sont presque toujours générés entre deux conducteurs à des tensions différentes. Un enroulement de moteur triphasé de 480 V crée des champs électriques entre ses bobines et son châssis. Un condensateur avec un espace de 1 mm entre les plaques et 1000 V appliqués à ses bornes génère une intensité de champ d'environ 1 million de volts par mètre. Les lignes de transmission à 115 kV ou plus produisent des champs mesurables dans l'air qui les entoure, c'est pourquoi les travailleurs doivent maintenir des distances de sécurité pendant la maintenance sous tension.

L'intensité du champ est mesurée en volts par mètre (V/m) ou en kilovolts par centimètre (kV/cm). Différents matériaux réagissent différemment : les conducteurs comme le cuivre permettent aux charges de se déplacer librement dans le champ et de le neutraliser en interne ; les isolants résistent au mouvement des charges, de sorte que le champ persiste à l'intérieur d'eux. Cette propriété détermine si un matériau se dégrade (défaut électrique) sous une contrainte de champ élevée. L'huile minérale dans les transformateurs de puissance, par exemple, résiste généralement à des champs allant jusqu'à environ 30 kV/cm avant que l'ionisation et l'amorçage ne commencent.

L'importance pratique des champs électriques réside dans la façon dont ils déplacent la charge et dans le moment où ils échouent. Dans un moteur, le champ entre le stator et le rotor crée le couple qui fait tourner l'arbre. Dans un câble ou un jeu de barres, le champ entre le conducteur et son blindage mis à la terre détermine si l'isolation tiendra sous des surtensions transitoires. La concentration de champ aux arêtes vives ou aux coins des équipements haute tension (appelée renforcement de champ) est une cause majeure de défaillance de l'isolation, c'est pourquoi les conducteurs arrondis et une géométrie appropriée sont importants dans la conception des appareillages de commutation.

Les travailleurs rencontrent indirectement les champs électriques par les dangers qu'ils créent. Un champ puissant peut ioniser les molécules d'air, créant une décharge corona (lueur visible autour des équipements haute tension) et de l'ozone. Des champs suffisamment puissants pour décomposer complètement l'air provoquent un contournement et un amorçage. Les essais non destructifs des isolants et des câbles mesurent parfois la réponse du champ pour comprendre l'état du matériau sans endommager l'équipement. L'analyse des contraintes de tension pendant la conception garantit que les intensités de champ restent dans les limites de sécurité éprouvées des diélectriques choisis.