Evaluation de la faisabilité de l'utilisation du mélange C4F7N-CO2-O2 dans l’équipement électrique moyenne et haute tensions. Détermination de la décomposition de ce mélange

Fault decomposition characteristics and application feasibility assessment of C4F7N-CO2-O2 mixed insulating gas

• Auteur / Autrice : Fanchao Ye
• Direction : Dunpin Hong, Xiaoxing Zhang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Génie électrique
• Date : Soutenance le 07/12/2023
• Etablissement(s) : Orléans en cotutelle avec Université de Wuhan (Chine)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (2012-.... ; Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés. UMR 7344 (Orléans ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Brault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Shuangshuang Tian
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal André, Tiezhou Wu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aspect environnemental

Électricité -- Distribution

Propriétés thermiques

Gaz

Simulation par ordinateur

Isolation électrique

Pyrolyse

Dynamique moléculaire

Mots clés libres

Gaz respectueux de l'environnement

Mélange C4F7N-CO2-O2

Caractéristiques de décomposition dues aux défauts

Biosécurité

Eco-Friendly gas

C4F7N-CO2-O2 mixture

Fault decomposition

Bio-Safety

Résumé

Dans ce travail de doctorat, une étude théorique et expérimentale systématique a été menée sur l'isolation du mélange de gaz C4F7N-CO2-O2 respectueux de l'environnement et ses caractéristiques de décomposition et de biosécurité sous défauts électriques et thermiques. Sur la base de la méthode de dynamique moléculaire ReaxFF, le processus de décomposition thermique du mélange gazeux sous différentes teneurs en O2 et températures est simulé. En combinant les résultats simulés avec des essais de décomposition thermique, le processus cinétique de décomposition thermique du mélange gazeux et le mécanisme d'évolution de ses sous-produits dans différentes conditions sont révélés. En même temps, le mécanisme d'influence de la teneur en O2 sur la tension de claquage et les valeurs caractéristiques statistiques du mélange C4F7N-CO2-O2 pour des décharges partielles sont analysés et le mécanisme d'influence de différents facteurs sur la génération et l'inhibition des gaz et des sous-produits solides au cours du processus de décomposition par décharge du mélange gazeux est clarifié. En conclusion, sur la base des résultats de simulation et expérimentaux, nous proposons la quantité optimale d'additif O2 et les composants caractéristiques de diagnostic du mélange gazeux C4F7N-CO2-O2 pour les défauts des équipements isolés au gaz moyenne tension ; nous testons la biosécurité du C4F7N et de ses produits de décomposition après l'exposition à l'arc, puis évaluons la faisabilité, la sécurité de l'application du mélange de gaz C4F7N-CO2-O2 dans l'équipement en combinant avec les caractéristiques isolantes et de décomposition électrique et thermique du mélange de gaz C4F7N-CO2-O2 et, les résultats de la biosécurité.

In this doctoral work, a systematic theoretical and experimental study has been carried out on the insulation of environmentally friendly C4F7N-CO2-O2 gas mixture and on its decomposition characteristics and biosafety under electrical and thermal faults. Based on the ReaxFF molecular dynamics method, the thermal decomposition process of the gas mixture under different O2 contents and temperatures is simulated. The kinetic process of the thermal decomposition of the gas mixture and the evolution mechanism of its by-products under different conditions are revealed by combining with thermal decomposition tests. Meanwhile, the influence mechanism of O2 content on the breakdown voltage and partial discharge statistical characteristic values of the C4F7N-CO2-O2 mixture is analyzed, and the influence mechanism of different factors on the generation and inhibition of gas and solid by-products during the discharge decomposition process of the gas mixture is clarified. In conclusion, based on the simulation and experimental results, we propose the optimal O2 additive amount and fault diagnosis characteristic components of C4F7N-CO2-O2 gas mixture for medium-voltage gas-insulated equipmentwe test the biosafety of C4F7N and its arc decomposition products, and then evaluate the feasibility and safety of applying C4F7N-CO2-O2 gas mixture in equipment by combining with the insulating and electrical and thermal decomposition characteristics of C4F7N-CO2-O2 gas mixture and the results of the biosafety.