Développement d'une méthode de mesure des charges d'espace appliquée aux isolateurs de poste sous enveloppe métallique

par Phanuel Mbolo Noah

Projet de thèse en Électronique

Sous la direction de Serge Agnel et de Petru Notingher.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de École Doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015) , en partenariat avec IES - l'Institut Electronique et des Systèmes (laboratoire) et de Département Systèmes d'Energie, Fiabilité et Radiations (equipe de recherche) depuis le 20-10-2014 .


  • Résumé

    En permettant la transmission de fortes puissances sur de très grandes distances, les réseaux haute tension à courant continu (HTCC) représentent l'avenir du transport de l'énergie électrique. Des équipements tels des postes sous enveloppe métallique (PSEM), incluant des jeux de barres et des sectionneurs, seront indispensables dans ces réseaux pour répartir le flux d'énergie, interrompre ou isoler certaines branches. La conception de ces composants nécessite la prise en compte de phénomènes spécifiques aux champs continus, notamment la forte variation de la résistivité avec la température et l'accumulation de charges électriques dans les parties isolantes (charges d'espace). Ce dernier phénomène, qui augmente sensiblement les risques de claquage, commence à se manifester dès que les valeurs de champ électrique excèdent quelques kV/mm (ordre de grandeur de la contrainte électrique envisagée dans les futurs PSEM HTCC). Bien que des techniques non destructives pour déterminer la répartition des charges d'espace dans les isolants solides existent, aucune n'est à ce jour directement applicable à des structures isolantes telles que celles envisageables dans les futurs PSEM HTCC. L'objectif de ce travail est de concevoir et de mettre en place une technique de mesure non destructive des charges d'espace et du champ électrique interne adaptée à une structure de type support isolant de jeu de barres, dans laquelle deux types d'isolants cohabitent : l'isolant solide et le gaz diélectrique, dans lequel il est placé. Les propriétés de matériaux susceptibles d'être employés dans les PSEM HTCC pourront par la suite être étudiées, notamment en relation avec des aspects liés à la géométrie et aux contraintes électrothermiques mises en jeu. Le but final est d'aider à l'optimisation de la conception de ce type d'isolateur, en proposant, en analysant et en comparant des solutions issues de résultats de mesures de charges d'espace.

  • Titre traduit

    Development of a method for measuring space charge in insulators for Gas Insulated switchgear (SIG)


  • Résumé

    A Gas Insulated Substation consists of a high-voltage conductor maintained by spacers placed in a metal enclosure filled with a dielectric gas. The development of HVDC networks leads to an increasing need of DC-GIS. A problem to be dealt with when an insulator is subjected to thermoelectric stress is the injection and accumulation of space charges, which can induce a local increase of electric field that must be known and taken into account for the equipment design when the fields exceed several kV/mm. This work deals with a method for measuring space charges in DC-GIS spacers. To observe the accumulated charges, a non-destructive method has been developed for being applicable to GIS insulators. Based on their cylindrical geometry, an experimental bench has been set up following the principle of thermal step method, which consists in applying a thermal step to the sample and measuring a capacitive signal generated by influence charges under the effect of the electrical disequilibrium due to the temperature diffusion. From this signal, the charge distributions and the internal electric field are determined. The objective of this work is to study the dielectric behavior of a HVDC GIS spacers with metallic electrodes embedded in casting resin. For that, a non-destructive method for measuring space charge in cylindrical insulators made of alumina-filled epoxy resin subjected to thermoelectric stress has been set up.