Investigations on flashover of polluted insulators : Influence of silicone coating on the behavior of glass insulators under steep front impulse

par Joan Alles

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Abderrahmane Beroual.

Soutenue le 19-12-2017

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale Electronique, Electrotechnique, Automatique (Lyon) , en partenariat avec École centrale de Lyon (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire AMPERE (Ecully, Rhône) (laboratoire) .

Le président du jury était Juan-Martinez Vega.

Le jury était composé de Abderrahmane Beroual, Sandrine Suc Prat, Emmanuel Brocard, Serge Agnel.

Les rapporteurs étaient Issouf Fofana, Abderrahmane Haddad.

  • Titre traduit

    Etude du contournement des isolateurs pollués : Influence du revêtement silicone sur le comportement des isolateurs verre sous chocs à front raide


  • Résumé

    Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’amélioration du comportement électrique des isolateurs de lignes haute tension ; l’objectif est d’assurer une meilleure fiabilité et qualité d’alimentation en énergie électrique. Ce travail a été motivé par la nécessité de répondre à trois questions liées au comportement des isolateurs verre en zone polluée. La première porte sur la recherche d’une méthode permettant de calculer la tension de contournement des chaînes polluées selon le type d’isolateur et ses caractéristiques. La deuxième question concerne la différence de comportement entre les isolateurs en verre et les isolateurs en porcelaine de type « outerrib » ; ce type d’isolateurs présente une forme spécifique adaptée aux environnements à forte pollution. Les tensions de contournement ainsi que les trajectoires de l’arc sur les isolateurs en verre sont très différentes de celles observées avec les isolateurs en porcelaine. Et la troisième question est relative à la défaillance des isolateurs recouverts de silicone lors des essais en chocs (des impulsions de tension) à front raide. En effet, les isolateurs recouverts d’une couche de 0.3 mm (ou plus) de silicone hydrophobe explosent lorsqu’ils sont soumis à des impulsions de tension à front raide d’amplitude très élevée pendant un temps très court. Différents mécanismes pouvant être à l’origine de l’explosion/éclatement des isolateurs recouverts d’une couche de silicone sont discutés. Il ressort des différents tests et analyses que le mécanisme le plus probable semble être la fragmentation par plasma. En effet, suite à l’application d’une tension à front raide, d’amplitude très élevée, des canaux (fissures) microscopiques prennent naissance là où le champ électrique est le plus intense. L’application répétitive des chocs de tension conduit au développement de décharges dans ces canaux (rupture diélectrique de l’air) c’est-à-dire des arcs (canaux de plasma) qui se développent/propagent dans le volume de l’isolateur. La puissance déchargée (c’est-à-dire l’énergie stockée dans les condensateurs du générateur en des temps très courts) dans ces canaux à chaque choc étant très élevée, elle conduit à l’explosion de l’isolateur après quelques chocs (parfois 5 ou 6 suffisent): c’est la fragmentation par plasma.


  • Résumé

    This thesis deals with the improvement of the electrical behavior of insulators of high voltage lines; the objective is to ensure better reliability and quality of power supply. This work was motivated by the need to answer three questions related to the behavior of glass insulators in polluted areas. The first one concerns the search for method for calculating the flashover voltage of polluted chains according to the type of insulator and its characteristics. The second question concerns the difference in behavior between glass insulators and "outerrib" porcelain insulators; this type of insulator has a specific shape adapted to environments with high pollution. The flashover voltages as well as the trajectories of the arc on glass insulators are very different from those observed with porcelain insulators. And the third issue is the failure of silicon-coated insulators during shock tests (pulses) with a steep front. Indeed, insulators coated with a layer of 0.3 mm (or more) of hydrophobic silicone explode when subjected to very high amplitude steep-edge voltage pulses for a very short time. Different mechanisms that may be responsible for the explosion / puncturing of insulators covered with a layer of silicone are discussed. It appears from the various tests and analyzes that the most probable mechanism seems to be plasma fragmentation (cracking). Indeed, following the application of a steep front voltage, of very high amplitude, microscopic channels (fissures) originate where the electric field is most intense. The repetitive application of impulse voltages (shocks) leads to the development of discharges in these channels (breakdown of the air), i.e.; arcs (plasma channels) which develop / propagate in the volume of the insulator. The discharged power (i.e.; the energy stored in the capacitors of the generator in a very short times) in these channels (cracks) at each shock being very high, leads to the explosion of the insulator after some shocks (5 to 6 sometimes): it is the fragmentation by plasma or plasma cracking.



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Informations

  • Sous le titre : Investigations on flashover of polluted insulators : Influence of silicone coating on the behavior of glass insulators under steep front impulse
  • Détails : 1 vol. (170 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 167-168
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