thumb|Décharge disruptive lors d'un essai électrique dans un laboratoire de haute tension Les essais diélectriques sont des essais ayant pour but de vérifier le niveau d’isolement assigné d’un appareil électrique. Si le champ électrique dépasse la tenue diélectrique de l'appareil, un claquage (ou décharge disruptive) se produit et l'appareil peut voir ses propriétés physiques modifiées de façon réversible ou irréversible. Dans le cas d'appareils à haute tension, la tenue diélectrique doit se régénérer après tout claquage éventuel dû à une surtension excessive, de façon à assurer la continuité de service après l'élimination du défaut.
Différents essais diélectriques existent se différenciant principalement par la fréquence de la tension assignée à l'appareil électrique. Celui-ci doit démontrer sa capacité à résister à toutes les conditions pouvant apparaître lors de son fonctionnement : surtension permanente, transitoire, foudre..., sous la pluie ou dans le cas de pollution. Les niveaux de tensions auxquels doivent être testés les appareils sont liés les uns aux autres : on parle de coordination de l'isolement.
Pour réaliser ces essais, différents types de générateurs électriques haute tension sont utilisés selon la forme de la tension souhaitée. Par ailleurs, la mesure de la tension produite nécessite des appareils spécifiques.
Isolation diélectrique thumb|Mesure de la rigidité électrique d'une huile minérale
L'isolation diélectrique permet dans les appareils électriques de séparer des parties ayant des tensions différentes, à fortiori entre les parties à haute tension et la terre ou entre différentes phases dans le cas des équipements triphasés. Leur rigidité diélectrique caractérise leur capacité à résister à un fort champ électrique sans décharge disruptive. Elle doit également avoir un faible facteur de perte, notée tan(δ), afin d'éviter que le courant ne passe entre les différentes parties.
En matière d'essais on divise les types d'isolation diélectriques en deux catégories : celles autorégénératrice et celles non autorégénératrice. Les premières retrouvent intégralement leurs propriétés isolantes après une décharge disruptive au cours d'un essai, les autres non. Elles sont définitivement endommagées autrement ditCEI 60060-1, clause 3.4 et 3.5, version 2010. La plupart des gaz et des liquides isolants sont dans la première catégorie : air, SF, huile minérale ; les solides sont généralement dans la seconde.
La formation d'une décharge électrique n'est pas un phénomène déterministe. De nombreux paramètres entrent en effet en jeu, seule une approche stochastique est possible. Cela explique la multiplication des décharges lors des essais ou la poursuite de ceux-ci sur une longue durée pour garantir la tension de tenue requise : la tension où ne se produit pas de déchargeCEI 60071-1, clause 3.27, version 2011.
Principe Les composants électriques doivent être non seulement capables de résister aux conditions normales d'utilisation mais également aux conditions exceptionnelles. Ils doivent notamment pouvoir subir des surtensions de diverses sortes sans dommage afin d'assurer la continuité de service. Pour s'en assurer des essais sont réalisés lors de la fabrication et avant sa mise en service. La liste des essais à exécuter et leur procédure sont définis par les standards nationaux et internationaux. Ils garantissent la conformité des équipements avec les spécifications, avec les normes, ainsi que la qualité de l'isolation et enfin valident les calculs réalisés lors de la phase de conception.
Type ou série Les essais sont dits individuels de série s'ils doivent être réalisés sur chaque unité. Ils sont par contre dits de type si seul une unité de chaque type doit être testéeCEI 60076-1, clause 3.11.1 et 3.11.2, version 2011. Les normes donnent des directives pour savoir si l'essai doit être de routine ou de type. Les essais spéciaux ne sont pas prévus par les normesCEI 60076-1, clause 3.11.3, version 2011 mais sont effectués soit sur chaque unité, soit sur chaque type d'unité.
Formes de tensions Généralité La rigidité diélectrique d'un isolant n'est pas la même en fonction de la fréquence de la durée de la tension qui est appliquée à ses bornes. Pour tester de manière adéquate un appareil électrique, il faut déterminer les tensions et surtensions qui contraignent l'isolation en amplitude, en forme et en durée au moyen d'une analyse de réseauCEI 60071-1, clause 5.2, version 2011.
On différencie les surtensions temporaires, donc longues, et celle transitoire, courtes et généralement amortiesCEI 60071-1, clause 3.17.2 et 3.17.3, version 2011. Un certain nombre de formes de tension normalisée sont définies par les normes. Dans le tableau suivant l'abréviation f désigne la fréquence. +Classes et formes de surtensions, des formes de tension normalisées et des essais de tensions de tenue normaliséeCEI 60071-1, tableau 1, version 2011ClasseBasse fréquenceTransitoirePermanenteTemporaireFront lentFront rapideFront très rapideDescriptionTension sinusoïdale constante, f= 50 ou , durée de l'application supérieure à Tension sinusoïdale dont l'amplitude augmente temporairement, <f<. Durée de la surtension entre et .Signal montant lentement puis descendant lentement. Temps de montée jusqu'à la valeur maximale comprise entre et . Temps jusqu'à la moitié de la valeur maximale inférieure à .Signal montant rapidement puis descendant lentement. Temps de montée jusqu'à la valeur maximale comprise entre et . Temps jusqu'à la moitié de la valeur maximale inférieure à .Signal variant très rapidement suivi d'un signal sinusoïdal haute fréquence. La fréquence du premier signal est comprise entre 0,3 et . Celle du signal sinusoïdal entre 30 et .Nom de l'essai normalisépas de nomEssai à la tension de courte durée à la fréquence industrielle, ou plus simplement essai de tension appliquéeCEI 60076-3, clause 10, version 2013Dans les anciennes normes on trouve : essai de tenue à la tension de source séparée à courant alternatif Essai de choc de manœuvreEssai de choc de foudre en onde pleinepas de nomFormes de tension normaliséeidem descriptionTension sinusoïdale dont l'amplitude augmente temporairement, <f<. Durée de la surtension : .Voir choc de manœuvreVoir choc de foudre en onde pleinePas d'essai normalisé
À ces signaux spécifiés pour les réseaux électriques en courant alternatif, il convient d'ajouter les formes de tensions pour le test des équipements à courant continu, ainsi que deux types d'essais courants pour les câbles et les transformateurs. +Autres formes de surtensions et essais de tensions de tenue normaliséeClasseContinueBasse fréquenceTransitoirePermanenteTransitoireTrès basse fréquence (VLF)À fréquence doubléeFront très rapide coupéDescriptionTension continue constante supérieure à la tension continue de service.Passage brutal d'une tension continue d'une certaine polarité, par exemple positive, à une tension continue de polarité opposéeTension sinusoïdale de fréquence d'environ Tension sinusoïdale de fréquence 100 ou Voir choc de foudre en onde coupéeNom de l'essai normaliséEssai de tenue à la tension de source séparée à courant continuCEI 61378-2, clause 10.4.3, version 2001Essai d'inversion de polaritéCEI 61378-2, clause 10.4.4, version 2001 (VLF)Pas de nom normaliséEssai en choc de foudre en onde coupée
Essai de tension alternative Cas général : en tension appliquée Ces essais ont pour but de vérifier la tenue de l'appareil dans le cas où une surtension à fréquence industrielle (50 ou ) se produit sur le réseau, par exemple à la suite d'une perte de charge. Ils sont exigés pour toutes les tensions assignées. Selon la norme CEI, une tenue pendant une minute est exigée. En fonction de la tension nominale, le niveau de tension d'essai varie entre environ 1,5 et 3XU, la tension maximale entre phases. Au plus la tension nominale est élevée au plus le facteur multiplicatif est faible. Sauf mention contraire cet essai dure CEI 60060-1, clause 6, version 2010. Pour les enroulements des transformateurs de conversion HVDC, cette durée est notablement augmentée à une heureCEI 61378-2, clause 10.4.5, version 2001.
Cet essai peut être accompagné de mesures de décharges partielles. Leur absence atteste de la qualité de l'isolation.
Pour les appareils électriques extérieurs, l'essai doit être fait à sec et sous pluie. Aucune décharge électrique (ou décharge disruptive) n’est admise pendant l’essai à sec. L’essai sous pluie peut être répété si une décharge se produit, mais aucune autre décharge n’est permise.
Cas des câbles et des transformateurs thumb|Différence entre l'essai de tension induite et appliquée pour les transformateurs thumb|Dans le cas de l'essai de tension induite, l'isolation entre les tours est testés, pas dans le cas l'essai de tension appliquée À cause de leur caractère fortement capacitif, les câbles électriques doivent être testés à basse fréquence (, VLF) typiquement . Il s'avère en effet que les essais en tension continue ne reproduisent pas fidèlement les phénomènes de surtension pour les câbles, mais un essai à fréquence industrielle impliquerait un équipement de test conséquent afin de fournir la puissance réactive nécessaire à l'alimentation du câble. Avec une fréquence de , cette dernière est 500 fois plus faible, l'équipement nettement plus compact. La durée de l'essai est typiquement d'une heure.
À l'inverse les transformateurs sont testés à une fréquence plus élevée que la fréquence industrielle, typiquement deux fois cette dernière, afin d'éviter d'entrer en saturation. Le flux magnétique dans le circuit magnétique d'un transformateur est en effet proportionnel à . En cas de surtension à fréquence constante, le flux augmente, le circuit sature. Une augmentation de la fréquence évite le phénomène.
En outre, les transformateurs subissent deux types d'essais distincts en tension alternative : en tension induite et en tension appliquée. Dans le premier cas, le transformateur est connecté comme en fonctionnement normal, c'est-à-dire qu'un courant traverse les enroulement, mais la tension à laquelle il est soumis est supérieure à celle nominale. Il permet de tester l'isolation entre les tours et entre les disques en même temps que l'isolation principale. Le transformateur étant connecté normalement, l'alimentation d'un enroulement induit une tension proportionnelle dans les autres enroulements. Dans le second cas, la même tension est appliquée aux deux bornes d'un enroulement simultanément, il n'y a donc pas de chute de tension à l'intérieur de celui-ci, le courant est nul, il n'y a pas d'induction dans les autres enroulements. Il sert à tester l'isolation principale, c'est-à-dire entre les enroulements et la cuve. Chaque enroulement doit être testé tour à tour.
Essais de chocs Choc de manœuvre thumb|Forme normalisée d'un choc de manœuvre.
Lors de l'ouverture d'un disjoncteur alimentant une charge inductive, une surtension transitoire apparaît, on parle de tension transitoire de rétablissement. Le choc de manœuvre est un essai destiné à prouver la tenue de l'isolation à une telle contrainte.
Le choc de manœuvre normalisé a un temps de montée, noté T, de (tolérance ±20 %). Il correspond à la durée entre l'origine réelle et la tension de crête. Le temps de mi-valeur, T, vaut quant à lui (tolérance ±60 %) et correspond à la durée entre l'origine réelle et le moment où la tension repasse en dessous de 50 % de la valeur crête de l'onde. La durée pendant laquelle la tension est supérieure à 90 % de la valeur crête est notée TCEI 60060-1, clause 8, version 2010.