Ensemble des mesures prises pour empêcher le passage de l’électricité.

Conditions auxquelles un isolant doit satisfaire

Dans une machine électrique, l’isolement désigne l’ensemble composite des corps qui doivent assurer à la fois la tenue de l’isolement des parties actives par rapport à la masse pour une tension donnée et l’évacuation de l’énergie thermique dissipée dans les conducteurs constituant la partie active de la machine. L’isolement doit donc être à la fois mauvais conducteur de l’électricité et bon conducteur de la chaleur.

Ces deux caractéristiques principales ne sont pas les seules à considérer. Suivant la fonction que doit remplir la machine, on peut être amené à considérer, pour la maintenance de l’isolement, la tenue aux hautes fréquences, la résistance mécanique aux vibrations, les réactions chimiques susceptibles de se produire dans certaines ambiances, etc. Enfin, toutes les qualités que l’on demande à l’isolement doivent se conserver dans le temps. D’une manière générale, dans les conditions d’emploi à définir, l’isolement doit avoir une durée de vie moyenne statistique que l’on exprime en heures.

Caractéristiques d’un isolant

Classes d’isolement

Si l’on examine la répartition des températures en différents points d’un bobinage, on distingue :
— les températures extérieures θ_a1 et θ_a2 du milieu ambiant ;
— les températures à la surface du bobinage θ_s1 et θ_s2, présentant une discontinuité par rapport à θ_a1 et θ_a2 ;
— la température θ_i à l’intérieur du bobinage, dont la valeur maximale est θ_M, θ_m étant la valeur moyenne mesurée généralement par variation de résistance. La température θ_M n’est pas mesurable directement. On devra, par conséquent, admettre une valeur probable de l’écart θ_M – θ_m fondée sur de nombreux résultats d’expérience. Cet écart joue un rôle important dans l’espérance de durée de vie du bobinage. Contrairement à une opinion assez répandue, il n’existe pas une température dangereuse d’utilisation d’un isolant.

Pratiquement, les isolants sont répartis en fonction de la valeur de la température de fonctionnement en sept classes d’isolement, chacune d’elles étant affectée d’une lettre repère. Pour chaque classe, on a défini les échauffements moyens limites des bobinages. Les normalisations nationales ont repris cette classification des isolants avec ses valeurs. Le mécanisme de fixation des températures d’échauffement retenues est le suivant : à partir de la valeur limite θ_L, on admet que la valeur θ_M au point le plus chaud lui est inférieure d’une quantité є constituant la marge de sécurité, généralement comprise entre 5 et 15 °C. Par rapport à de nombreux résultats d’essais, on admet une valeur α pour la différence entre la température maximale θ_M et la température moyenne θ_m, presque uniquement déterminée par la mesure de la variation de résistance du bobinage. Enfin, on a fixé la valeur de la température ambiante θ_a, soit 20 °C en France en moyenne, avec des pointes au plus égales à 40 °C. On obtient ainsi la valeur de réchauffement Δθ de la classe considérée. Par exemple pour le coton, on trouve :
θ_L = 105 °C, є = 8 °C, θ_M = 97 °C, α = 7 °C, θ_m = 90 °C, θ_a = 40 °C, Δθ = 90 °C – 40 °C = 50 °C.

Durée de vie d’un isolant

Une autre notion fondamentale d’un isolant est sa durée de vie, ou espérance de vie. C’est le temps T moyen statistique nécessaire pour disqualifier un isolant d’un fonctionnement, dans des conditions données, à une température θ compatible avec ses possibilités.

• Lois de Montsinger.
1^o L’espérance de vie T d’un isolement est donnée par la formule
T = ae^–bθ,
dans laquelle a et b sont deux constantes caractéristiques de l’isolant, et e est la base des logarithmes népériens. Cette loi est représentée par une famille de droites lorsqu’on porte les températures en abscisses avec une échelle millimétrique et la durée de vie en ordonnées avec une échelle logarithmique. Chaque droite représentative correspond à une classe d’isolants. Elle passe par un point caractéristique défini par la valeur de la température de fonctionnement θ_L et par l’espérance de vie T correspondante. Compte tenu des possibilités actuelles de la construction électrique, on admet que, raisonnablement, la valeur moyenne statistique de T peut être fixée à 25 000 heures pour un fonctionnement de 2 500 heures par an pendant 10 ans.
2^o Pour un certain accroissement δθ de la température θ de fonctionnement d’un isolant, la durée de vie de celui-ci est réduite de moitié. Pour une certaine réduction δθ de la température de fonctionnement θ, la durée de vie est doublée. C’est ainsi que, pour les isolants de la classe B, l’expérience a permis de fixer δθ = 10 °C, alors que θ_m = 120 °C. Si l’isolant atteint 130 °C, sa durée de vie sera réduite à 12 500 heures. Au contraire, pour un fonctionnement à 110 °C, sa durée de vie sera portée à 50 000 heures. Certains auteurs donnent, pour la première loi de Montsinger, l’expression

La classe d’isolement et la durée de vie d’un isolant ne sont pas les seules caractéristiques à considérer pour le choix d’un isolant en fonction du service à assurer, surtout si l’on tient compte du fait que l’évolution de la technique pendant les quinze dernières années a eu notamment, parmi les buts recherchés, le souci de réduire l’épaisseur des divers isolants mis en œuvre.

Il convient de retenir également la rigidité électrique, la reprise d’humidité lorsque l’isolant peut fonctionner en atmosphère humide, l’angle de perte à différentes fréquences, etc.

P. M.