Traversée isolée

Supposons que l'on traverse une paroi avec un simple isolateur classique (voir schéma). Sur la surface de celui-ci à une extrémité on a le potentiel U, au centre un potentiel nul. La capacité surfacique étant plus élevée que la capacité à travers l'isolant, on obtient une répartition de la tension suivante :

Représentation d'une traversée simple

Courbe de la tension à la surface de la traversée

Le champ électrique est beaucoup plus élevé au centre de la traversée qu'aux extrémités (le champ est la dérivée de la tension). Si cette valeur dépasse la valeur de résistance diélectrique du matériau isolant, cela conduit à des décharges partielles, voire à un défaut de celui-ci. Il faut donc diminuer la composante tangentielle du champ électrique à ce niveau, mieux le répartir afin que les côtés soient plus contraints et le centre moins[6]. Des éléments capacitifs sont introduits dans la traversée pour influencer le champ électrique[7].

L'introduction de feuilles d'aluminium concentriques dans l'isolation permet de modifier le comportement capacitif de celle-ci. Les feuilles d'aluminium forment en effet entre elles des capacités, en jouant sur leurs espacements et leurs longueurs on peut influencer le champ électrique au niveau de la paroi[7].

Soit des feuilles d'aluminium enroulé de manière cylindrique autour du conducteur. En utilisant le théorème de Gauss on peut facilement démontrer que la valeur de la capacité formée par deux feuilles d'aluminium séparée par de l'isolant est :

${\displaystyle C={\frac {2\epsilon \pi l}{\ln({\frac {r_{ext}}{r_{int}}})}}}$

Où ${\displaystyle \epsilon }$ est la permittivité diélectrique de l'isolant, ${\displaystyle r_{ext}}$ le rayon du cylindre extérieur, ${\displaystyle r_{int}}$ le rayon du cylindre intérieur et l la plus petite longueur.

Afin d'avoir un champ électrique radial constant, il faut que toutes les capacités en parallèle aient une valeur constante. On obtient donc en numérotant les feuilles d'aluminium en commençant par la plus proche du conducteur vers l'extérieur :

${\displaystyle C={\frac {2\epsilon \pi l_{2}}{\ln({\frac {r_{2}}{r_{1}}})}}={\frac {2\epsilon \pi l_{3}}{\ln({\frac {r_{3}}{r_{2}}})}}={\frac {2\epsilon \pi l_{i+1}}{\ln({\frac {r_{i+1}}{r_{i}}})}}}$

Et en simplifiant :

${\displaystyle {\frac {l_{2}}{\ln({\frac {r_{2}}{r_{1}}})}}={\frac {l_{3}}{\ln({\frac {r_{3}}{r_{2}}})}}={\frac {l_{i+1}}{\ln({\frac {r_{i+1}}{r_{i}}})}}}$

Traversée 420 kV

C'est la technologie historique, une bande de papier et des feuilles d'aluminium sont enroulées alternativement autour du conducteur avec une épaisseur différente. Les feuilles d'aluminium forment les conducteurs des capacités, les feuilles de papier l'isolant. Par la suite, le papier est imprégné d'huile, c'est-à-dire chauffé sous vide dans un bain d'huile, ainsi, les bulles d'air dans le papier sont chassées et remplacées par de l'huile qui a une forte rigidité diélectrique[9].

Le conducteur est enrobé dans d'un mélange de phénoplaste et de papier. Leur haut niveau de décharges partielles les restreint aux basses tensions[5].

Traversées 110 kV et 220 kV

C'est la technologie dominante de nos jours[12]. Elle utilise de l'époxy en lieu et place de l'huile pour l’imprégnation du papier[9], on chauffe sous vide l'ensemble de la même façon que dans la technologie OIP. De ce fait l'isolation est solide contrairement à l'isolation liquide OIP. L'avantage de cette technologie est tout d'abord l'absence d'huile ; les risques de fuite, de pollution et d'incendie sont donc éliminés. La traversée est alors totalement étanche ce qui évite que l'humidité n'entre[13].

Pour les traversées de très haute tension, l'isolation influençant le champ est beaucoup plus courte que la longueur totale de l'isolateur, pour isoler l'espace entre cet isolateur et le conducteur on utilise en général du SF6 sous pression à la place de l'air[14].

Dans d'autres variantes, le SF₆ est confiné à la partie proche de la fixation[15].

Auparavant ce rôle était souvent joué par de l'huile minérale. Cependant celle-ci a le défaut de pouvoir s'enflammer ou de fuir.

Les isolateurs peuvent être réalisés soit en porcelaine, soit en silicone. Ces derniers sont plus légers et ont de meilleures propriétés hydrophobes, ce qui est utile pour protéger efficacement le composant en cas de climat humide ou fortement pollué. De plus ils n'ont pas le défaut des isolateurs en porcelaine dont les éclats forment des projectiles dangereux en cas de défaillance[13].