Propagation et propriétés électriques des streamers positifs à grande distance dans l'huile minérale sous très haute tension impulsionnelle

by Gaston Massala

Doctoral thesis in Génie électrique

Under the supervision of Olivier Lesaint.

defended on 1997

in Grenoble INPG , in a partnership with Laboratoire d'électrostatique et de matériaux diélectriques (Grenoble) (laboratoire) .

  • Alternative Title

    Propagation and electrical properties of positive streamers in large mineral oil gap under high impulse voltage


  • Abstract

    The aim of this work is to study the propagation of the "streamers" and their electrical properties in mineral oil at long distances under pulsed voltage (up to 480 kV) under various voltage conditions (from the minimum propagation voltage to the high overvoltages), inter-electrode distance (2. 5 to 35 cm), electrode geometry (plane-to-plane, semi-uniform, planar sphere) of solid insulators. This work makes a contribution on the characterization of the breakdown phenomena and the mechanisms involved in the positive streamers. For voltages below the breakdown voltage, stopping, transition to breakdown and conductivity of the streamers are described. In particular, it has been shown that the streamer is conductive only during a total re-ignition of its main branch. In the presence of overvoltages, the existence of an acceleration voltage correlated with the appearance of the fast streamers is highlighted. Three different propagation modes are identified and characterized: 2nd mode (2 to 4 km / s), 3rd mode (10 to 20 km / s) and 4th mode (> 100 km / s). A correlation between the shape, speed and load of the streamers was highlighted and the voltage drop in the streamer was determined. Calculations of the charge and field on the plane electrode carried out by the Load Simulation Method (CSM), considering different macroscopic models in the presence of a voltage drop, have led to the conclusion that the streamers are comparable to objects conductors of simple shape (cylinder or sphere). A qualitative correlation between the macroscopic field at the end of the streamers calculated by CSM, and the speed was obtained. E there exists a critical field = 400 kV / cm, beyond which the streamers are always fast (> 10 km / s). This work proposes two complementary mechanisms allowing to explain the constancy of the speed of the positive streamers in the mineral oil: the effect of the voltage drop and / or the electrostatic effect due to the branching of the streamers. It has been shown that the overall shape of the streamers determines the field at their end and hence the propagation modes. This has been verified by studying the influence of electrode geometry (shielding effect), insulating solids (positional effect) and the nature of the liquid (additive effect).


  • Abstract

    L'objectif de ce travail est d'étudier la propagation des précurseurs du claquage ("streamers" en anglais) et leurs propriétés électriques dans l'huile minérale à grande distance sous tension impulsionnelle (jusqu'à 480 kV) dans diverses conditions de tension appliquée (de la tension minimum de propagation jusqu'aux fortes surtensions), de distance inter¬électrode (de 2,5 à 35 cm), de géométrie des électrodes (pointe-plan, semi-uniforme, sphère-plan) et en présence de solides isolants. Ce travail apporte une contribution sur la caractérisation des phénomènes de claquage et des mécanismes mis en jeu dans les streamers positifs. Pour des tensions inférieures à la tension de claquage, l'arrêt, la transition au claquage et la conductibilité des streamers sont décrits. En particulier, il a été montré que le streamer n'est conducteur que durant une réillumination totale de sa branche principale. En présence de surtensions, l'existence d'une tension d'accélération corrélée à l'apparition des streamers rapides est mise en évidence. Trois modes de propagation différents sont identifiés et caractérisés: 2e™ mode (2 à 4 km/s), 3eme mode (10 à 20 km/s) et 4cme mode (>100 km/s). Une corrélation entre la forme, la vitesse et la charge des streamers a été mise en évidence et la chute de tension dans le streamer a été déterminée. Les calculs de la charge et du champ sur l'électrode plane réalisés par la Méthode de Simulation de Charge (CSM) en considérant différents modèles macroscopiques en présence d'une chute de tension ont permis de conclure que les streamers sont comparables à des objets assez conducteurs de forme simple (cylindre ou sphère). Une corrélation qualitative entre le champ macroscopique à l'extrémité des streamers calculé par CSM, et la vitesse a été obtenue. E existe un champ critique =400 kV/cm, au-delà duquel les streamers sont toujours rapides (> 10 km/s). Ce travail propose deux mécanismes complémentaires permettant d'expliquer la constance de la vitesse des streamers positifs dans l'huile minérale: l'effet de la chute de tension et/ou l'effet électrostatique dû à la ramification des streamers. H a été montré que la forme globale des streamers détermine le champ à leur extrémité et par conséquent les modes de propagation. Ceci a été vérifié en étudiant l'influence de la géométrie des électrodes (effet d'écran), des solides isolants (effet de la position) et de la nature du liquide (effet des additifs)

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Informations

  • Details : 1 vol. (195 p.)
  • Annexes : 108 REF.

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  • Library : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
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