Transition «streamer - arc» à l'interface gaz / isolant solide: caractérisation, modélisation physique et application à l'appareillage électrotechnique moyenne tension.

par Francis Boakye-Mensah

Projet de thèse en Genie electrique

Sous la direction de Nelly Bonifaci et de Rachelle Hanna.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de génie électrique (Grenoble) (laboratoire) et de Matériaux Diéléctriques et Electrostatique (equipe de recherche) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    L'étude et la modélisation des décharges électriques se propageant dans le gaz seul et à l'interface avec un isolant solide constituent un point clé en termes de conception et de fiabilité pour les structures d'isolation mixtes. Ces structures, largement présentes dans les appareillages électrotechniques à haute et à moyenne tension, sont composées de deux types de matériaux isolants : solide (polymères) et gazeux (très généralement le SF6). Le SF6 présente d'excellentes propriétés diélectriques et physiques, mais a un fort impact sur le réchauffement climatique. Il doit donc être remplacé à moyen terme pour des questions environnementales, faisant l'objet de réglementations de plus en plus contraignantes. Les méthodes de dimensionnement semi empiriques utilisées dans le cas du SF6 ne permettent pas d'optimiser de nouveaux systèmes utilisant des gaz de remplacement moins performants. Il n'existe pas à ce jour de modèle numérique permettant de prédire l'étape de transition entre « streamer » et arc électrique dans le cas des structures d'isolation mixtes. Des études récentes ont montré la complexité des processus menant au claquage dans ces structures, en rupture avec les schémas classiques. L'objectif du projet est donc de caractériser et modéliser les mécanismes impliqués dans le processus de rupture diélectrique, en particulier la transition de la décharge de type « streamer » à l'arc le long de la surface d'un isolant, dans des conditions représentatives des systèmes moyenne tension.

  • Titre traduit

    "Streamer-arc" transition at the solid - gas insulator interface: characterisation, physical modelling and application to medium voltage electrical equipment.


  • Résumé

    The study and modeling of electrical discharges propagating in the gas alone and at the interface with a solid insulator constitute a key point in terms of design and reliability for mixed insulation structures. These structures, widely present in high and medium voltage electrical equipment, are composed of two types of insulating materials: solid (polymers) and gaseous (usually SF6). SF6 has excellent dielectric and physical properties, but has a strong impact on global warming. It must therefore be replaced in the medium term for environmental issues, subject to regulations increasingly binding. Semi-empirical sizing methods used in the case of SF6 do not optimize new systems using less efficient alternative gases. To date, there is no numerical model for predicting the transition step between "streamer" and electric arc in the case of mixed insulation structures. Recent studies have shown the complexity of the processes leading to breakdown in these structures, breaking with classical patterns. The aim of the project is therefore to characterize and model the mechanisms involved in the dielectric breakdown process, in particular the transition from streamer discharge to electrical arc along the surface of an insulator, under conditions representative of medium voltage systems.