Phénomènes d’interfaces dans le claquage des isolants

Société d’Etudes et Réalisations Nucléaires (SODERN), 1, avenue Descartes, 94451 Limeii Brevannes Cedex, France.

Résumé

Le claquage des isolants placés sous champ électrique Intense est souvent déterminé par la qualité des Interfaces entre les Isolants et leur environnement, et plus spécialement des interfaces isolants-électrodes métalliques.

L’article présenté ici synthétise les principaux mécanismes décrits dans la littérature et qui sont à l’origine du claquage. Celui-ci est plus souvent étudié sous l’aspect de l’enchaînement des conséquences induites que sous l’aspect des causes initiales.

Plusieurs types d expériences ont été pratiquées par SODERN, dans le but de mieux contrôler les comportements électriques des divers isolants sous les aspects reproductibilité et vieillissement. Le domaine d’étude a été limité à un champ de 400 KV/mm, appliqué sur des matériaux hors contraintes mécaniques externes et placés hors rayonnements intenses. Les céramiques, les verres et les polymères testés ont conduit à dégager les relations suivantes :

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  la tension de claquage reste toujours dépendante des conditions d’application des premières contraintes électriques,

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  ce « conditionnement de l’isolant » semble dépendre des défauts d’interface de la liaison avec les électrodes et des défauts de réseau de l’isolant : plus généralement il semble dépendre des conditions d’injection des porteurs de charge et concuremment des conditions d’utilisation de l’isolant,

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  la tension de claquage augmente lorsque le nombre de défauts d’interface métal/isolant diminue, ou que la surface de la liaison diminue.

Ces résultats mettent en évidence l’importance de la nature de l’assemblage métal/isolant. Une meilleure connaissance des liaisons chimiques et des défauts associés à l’interface devrait permettre d’optimiser la technologie à retenir en fonction de l’application envisagée.

Abstract

High voltage breakdown of insulators is in general strongly dependant on the quality of the interfaces between insulating material and electrodes.

This paper is devoted to the initiation of high voltage breakdown. Several kinds of experimentations were done at SODERN, in order to get better knowledge of the behavior of insulators as concerns reproducibility and ageing. Ceramics, glasses and polymers were tested up to 400 kV/mm electric field. Main results are as follows :

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  high voltage breakdown performance depends always of the electrical conditionning procedure,

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  the behavior of insulator depends strongly on the defects at the interfaces with electrodes, and also on the defects in the bulk insulating material,

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  the high voltage breakdown performance is improved as the number of interface defects is decreased.

These results show the importance of the interfaces between insulator and electrodes. A better knowledge of the interface defects would be necessary, in order to get better optimization of the sealing technology with respect to the operationnal conditions.