isolation

L'isolation est un matériau ou un système conçu pour empêcher le flux indésirable de courant électrique entre des conducteurs à différentes tensions, ou entre un conducteur et la terre. En termes pratiques, c'est une barrière avec une résistance électrique extrêmement élevée, généralement mesurée en mégohms ou gigohms par unité d'épaisseur. Les matériaux isolants courants comprennent le caoutchouc, les plastiques (polyéthylène, PVC, polyéthylène réticulé), la céramique, le mica, la fibre de verre et l'huile minérale. Le choix dépend de la tension nominale, de l'exposition à la température, des contraintes mécaniques et de l'environnement.

Dans les systèmes électriques, l'épaisseur de l'isolation et le type de matériau varient avec la tension. Un fil domestique de 120 volts n'a besoin que d'une fine gaine en plastique; une ligne de distribution de 15 kV nécessite des manchons en caoutchouc ou synthétiques beaucoup plus épais; un câble de transmission de 345 kV utilise plusieurs couches de papier imprégné d'huile ou de polymères avancés de plusieurs centimètres d'épaisseur. La tension de claquage, le point où l'isolation cède et le courant circule soudainement, est approximativement proportionnelle à l'épaisseur, mais dépend aussi de manière critique de la qualité du matériau, des défauts, de la teneur en humidité et de la forme du champ électrique autour de celui-ci.

Modes de dégradation et de défaillance

L'isolation vieillit sous l'effet de la chaleur, des contraintes électriques, de l'humidité, de l'ozone et des flexions mécaniques. Le polyéthylène ramollit à des températures soutenues supérieures à 70 degrés Celsius; l'isolation en papier dans les transformateurs se dégrade lorsque l'humidité pénètre l'huile. Les décharges partielles, de petits arcs électriques dans les vides ou les fissures de l'isolation, érodent progressivement le matériau jusqu'à la défaillance complète. Les tests d'intégrité de l'isolation utilisent des mégohmmètres (testeurs « hi-pot ») pour mesurer la résistance, ou l'analyse tan delta pour détecter la dégradation interne avant une défaillance catastrophique.

Dans les câbles et les équipements, la défaillance de l'isolation crée des risques à la fois pour la sécurité et pour le fonctionnement: des défauts à la terre qui déclenchent les relais de protection, un risque d'incendie dû aux arcs électriques et un risque d'électrocution pour le personnel. L'entretien consiste à maintenir l'isolation sèche, froide et mécaniquement saine. L'infiltration d'humidité est la principale cause de défaillance prématurée dans les câbles enterrés, les transformateurs immergés et les équipements extérieurs; les reniflards déshydratants et les cycles de séchage réguliers sont des mesures de protection standard.

Le terme reflète la propriété fondamentale du matériau: il isole l'énergie électrique, maintenant la charge ou la tension en place sans apport d'énergie externe continu. C'est pourquoi la définition formelle met l'accent sur le maintien d'un champ électrique avec une perte d'énergie minimale, distinguant les vrais isolants des conducteurs (qui dissipent l'énergie sous forme de chaleur) et des semi-conducteurs ou résistances (qui conduisent faiblement).