Un essai de décharge partielle sur une barre omnibus laminée se conclut souvent par un seul nombre sur un certificat : 8 pC, 10 pC, 12 pC. Ce nombre n'est pas la charge contenue dans une cavité, et ce n'est pas non plus une propriété de la barre seule. L'IEC 60270 fixe la manière dont ce nombre est produit, étalonné et restitué, afin que deux laboratoires mesurant la même pièce puissent enfin être comparés. Cette page passe en revue la mesure, les pièges d'une installation sur barre, et ce que doit contenir un rapport crédible.
Lorsqu'une cavité située dans l'isolant d'un empilement de films diélectriques rompt localement, la charge qui se déplace s'échelonne du picocoulomb au nanocoulomb et ne dure que quelques dizaines de nanosecondes. Elle est invisible. Ce que voit l'instrument, c'est l'impulsion de courant que cette rupture locale pousse à travers la capacité propre de l'éprouvette ; l'intégrale de ce courant est alors enregistrée. L'IEC 60270 appelle cette grandeur charge apparente, précisément pour cette raison : c'est la charge qu'il faudrait injecter aux bornes de l'éprouvette pour reproduire la même hauteur d'impulsion.
La conclusion contre-intuitive tient en une phrase : la charge apparente ne mesure pas la taille du défaut interne. Elle dépend à la fois de l'éprouvette, du circuit de mesure et de l'étalonnage ; deux cavités identiques peuvent donner des lectures différentes, et deux lectures identiques peuvent provenir de cavités très différentes. Les trois sections qui suivent — étalonnage, circuit d'essai, bruit — déclinent chacune une facette de cette dépendance.
Deux conséquences découlent de cette définition, et elles expliquent l'essentiel des désaccords entre fournisseurs et clients.
Premièrement, la lecture évolue avec l'éprouvette. Une barre trilaminée de 3 m peut présenter, entre conducteur et terre, une capacité de 1,5 à 4 nF, là où une éprouvette de 80 mm n'en présente qu'une fraction. Si l'on injecte la même activité de cavité dans les deux pièces, la plus grande affiche une charge apparente supérieure aux bornes, car une part plus importante du courant d'impulsion est disponible pour l'impédance de mesure. Les comparaisons entre géométries différentes ne sont donc recevables que si le circuit d'essai est décrit en détail.
Deuxièmement, la lecture évolue avec le circuit. La valeur du condensateur de couplage, la longueur des fils, la mise à la terre, la bande passante et la position du calibrateur déplacent tous le nombre. Un résultat de 10 pC obtenu dans un laboratoire disposant d'une installation compacte et blindée n'est pas la même affirmation qu'un 10 pC mesuré à travers deux mètres de fil non blindé, même si les deux rapports portent l'inscription « 10 pC ».
Pour l'arrière-plan physique sur l'origine des décharges dans une barre, voir la notion de base sur les décharges partielles ; la présente page traite de la norme de mesure qui transforme cette physique en un nombre.
Avant toute mesure de décharge partielle, un calibrateur injecte une charge connue — 10 pC, 50 pC, 100 pC — dans le circuit d'essai, et le facteur d'échelle de l'instrument est réglé à partir de cette injection. Le détail qui décide de la fiabilité du résultat est l'endroit où la charge est injectée.
Le calibrateur doit être connecté en parallèle de l'éprouvette, aux bornes de celle-ci, dans le même circuit et avec la même mise à la terre que ceux qui seront utilisés pour l'essai. Un calibrateur pincé sur l'entrée de l'instrument, ou injecté seulement aux bornes du condensateur de couplage, prouve uniquement que l'instrument sait compter ; il ne dit rien du chemin que suit la véritable impulsion de DP à travers les fils de l'éprouvette et l'impédance de mesure.
Deux vérifications pratiques méritent d'être exigées dans tout rapport :
L'erreur classique dans le travail sur barres consiste à étalonner l'éprouvette déconnectée. Au moment où la barre est raccordée, sa capacité et l'inductance des fils modifient la fonction de transfert, et l'injection de 50 pC devient une inconnue aux bornes. Si l'installation est reconstruite après l'étalonnage, celui-ci est caduc. Notre propre processus qualité traite un circuit reconstruit comme un essai nouveau, et non comme une continuation.
On ajoute parfois un point que les rapports oublient : la linéarité du facteur d'échelle sur la plage de lecture. Une injection unique ne révèle pas un gain qui se comporte différemment entre 5 pC et 50 pC ; deux points d'étalonnage, encadrant la plage critique, renseignent mieux sur la réponse de l'ensemble de mesure.
Un circuit classique de DP à bande étroite est simple : éprouvette, condensateur de couplage, impédance de mesure, amplificateur, détecteur. L'IEC 60270 admet aussi bien la détection à bande étroite (typiquement centrée entre 100 kHz et 1 MHz) que la détection à large bande, et le rôle de la norme est de rendre la lecture traçable, non de prescrire un circuit unique.
Les barres rompent les hypothèses confortables de cette démarche de trois façons.
Capacité. Un empilement laminé avec films PET ou DLF est un condensateur distribué, dont la valeur peut être grande devant celle du condensateur de couplage. Si ce dernier n'est pas confortablement supérieur à l'éprouvette, l'impulsion se divise selon une loi qui dépend de la géométrie, et l'étalonnage réalisé en un point ne représente plus l'ensemble de la pièce.
Temps de montée. L'espacement entre conducteurs d'une barre est faible ; les impulsions sont courtes et leur spectre remonte haut dans les fréquences. Un détecteur réglé sur une fenêtre à bande étroite de 100 kHz peut sous-estimer les événements les plus rapides ; une installation large bande les voit, mais capte aussi davantage de bruit ambiant. La bande passante, le gain et la base de temps doivent donc figurer dans le rapport, et pas seulement la valeur en pC.
Géométrie de la terre. Les propres conducteurs de la barre font partie du chemin de terre une fois l'ensemble installé dans une enveloppe. Tester un empilement nu sur un établi, avec un retour de terre qui longe l'éprouvette, produit des lectures qui n'ont pas le même sens que celles du même empilement boulonné à un ensemble de barre de cuivre dans son orientation finale. Si l'application est une liaison continue d'onduleur, demander aussi le contexte du dimensionnement à faible inductance, car la disposition qui réduit l'inductance de boucle modifie également l'endroit où le champ se concentre.
Tout nombre de DP est une différence entre un signal et le bruit de fond, et la manière honnête de le rendre est d'indiquer ce fond. Une règle d'acceptation répandue veut que le fond ne dépasse pas la moitié de la limite d'acceptation : pour une limite de 10 pC, un fond inférieur à 5 pC, et de préférence inférieur à 2 pC. Un rapport affichant 9 pC mesurés sur un fond de 8 pC ne rend pas compte d'une décharge ; il rend compte d'un environnement.
La discrimination importe autant que la sensibilité. Les motifs phase-résolus (PRPD) séparent les suspects habituels :
Les méthodes non conventionnelles — détection acoustique, UHF ou optique — sont des vérifications croisées utiles pour localiser une source, mais elles ne remplacent pas la lecture en pC étalonnée lorsque le critère d'acceptation est exprimé en picocoulombs.
L'IEC 60270 est une norme de mesure. Elle définit la grandeur, la procédure d'étalonnage et les exigences de rapport. Elle ne fixe volontairement aucune limite d'acceptation, car une limite dépend du produit, de la classe de tension et des conséquences d'une panne.
La limite vient d'ailleurs : d'une norme de produit, d'une spécification client ou d'une règle de conception interne. Pour les ensembles d'appareillage à basse tension, la pratique de vérification et la répartition des responsabilités entre essais de type et essais de routine sont établies dans l'IEC 61439. Les distances d'isolement et les lignes de fuite qui déterminent le niveau de contrainte de champ vu par l'isolant relèvent de l'IEC 60664-1 ; c'est pourquoi une discussion sur la DP qui ne porterait pas ces deux chiffres reste incomplète.
Dans la pratique, les spécifications de barres laminées en milieu industriel et en mobilité électrique exigent souvent quelque chose comme 10 pC à un multiple déterminé de la tension maximale du système, maintenu pendant une durée indiquée, le critère étant appliqué au palier final après une montée en tension. La tension exacte, le temps de maintien et le critère doivent être écrits, car trois fournisseurs qui annoncent « 10 pC » peuvent essayer à trois tensions différentes. Un fournisseur qui rend un résultat « exempt de DP » sans tension ni niveau de fond n'a rien rendu du tout.
Un point de séquencement est facile à perdre : un essai de DP réalisé avant l'essai de tenue diélectrique peut être invalidé par cet essai lui-même, qui peut conditionner ou endommager une cavité marginale. Lorsque les deux sont requis, l'ordre et l'historique de conditionnement appartiennent au même document. L'aspect acceptation des essais de tension est traité dans le guide d'acceptation de l'essai de tenue diélectrique.
Un empilement pressé de films n'est pas un diélectrique homogène. Il est constitué de couches de film, d'adhésif, de cuivre et d'air jamais complètement expulsé, et les sites de décharge suivent cette structure.
Cavités entre couches de film. La pression et la température de laminage décident de la quantité d'air restant à l'interface. Une cavité de quelques dizaines de micromètres d'épaisseur entre deux couches de PET voit l'intégralité du champ à travers l'isolant et constitue la source classique de décharge interne. Il s'agit d'une variable de procédé, et non de conception : deux fournisseurs avec des dessins identiques peuvent différer sur ce point.
Arêtes de feuille et points triples. Là où la feuille de cuivre se termine dans l'isolant, le champ se concentre sur l'arête ; le point où se rencontrent cuivre, film et air résiduel est un point triple à contrainte renforcée. Les bavures laissées par la coupe déplacent encore cette concentration.
Arêtes de coupe de la pièce finie. La face de coupe expose la structure en couches ; si la coupe est mécanique et que l'arête est écrasée ou délaminée, le cheminement superficiel et la décharge superficielle deviennent possibles, surtout en humidité élevée.
Interfaces de goujons et d'inserts. Un insert fileté pressé dans l'empilement crée un chemin où le champ rencontre une pièce métallique de finition de surface différente, avec un micro-jeu éventuel. Les cavités de ces interfaces sont la raison pour laquelle l'inspection d'interface figure dans notre guide d'inspection des cavités et du contrôle CT, aux côtés des essais électriques.
Le site dominant dépend de la classe de tension et du nombre de couches. Les barres de batterie à grand nombre de couches, avec films fins en basse tension, peuvent passer facilement ; la même construction à 1 000 V DC, avec une arête de coupe polluée, peut échouer à une limite qu'elle aurait satisfaite à l'état d'éprouvette. C'est pourquoi un résultat de DP doit toujours être rendu avec la géométrie de la pièce sur laquelle il a été mesuré.
Une seule ligne indiquant « DP < 10 pC, conforme » n'est pas auditable. Six éléments rendent un rapport utilisable, et leur absence est un point de négociation plutôt qu'un détail technique.
Quatre signaux d'alerte à relever avant une commande : un étalonnage mentionné sans son point d'injection ; l'absence de chiffre de fond ; une tension d'essai inférieure à la tension maximale du système de l'application ; un rapport dont la valeur de DP est citée sans bande passante ni gain. Chacun de ces éléments affaiblit l'affirmation, et aucun n'est corrigé en répétant l'essai au même laboratoire avec les mêmes omissions.
Imprimez cette liste et gardez-la près de l'instrument. Elle est rédigée pour une éprouvette de barre laminée, et part du principe que l'objectif est un nombre que quelqu'un d'autre peut défendre.
Rien de tout cela ne transforme une mauvaise pièce en bonne, et rien n'est de la paperasse pour la paperasse. Cela rend une bonne pièce démontrable — ce qu'une mesure de DP peut seule apporter à une décision d'achat. Si la pièce doit en outre survivre à la qualification mécanique, la même logique s'applique au parcours de l'échantillon à la série, où les preuves doivent être rattachées à la configuration exacte qui est livrée.
Envoyez la norme de montage, les valeurs nominales et le plan — nous renvoyons le dossier de preuve du jeu de barres avec le devis.
