M. Antoine Perez soutient sa thèse le 23/09/2020 à 09:30.
Lieu : SuperGrid Institute, 23 rue Cyprian, Villeurbanne.
Titre :
Étude des mécanismes de développement de l’arc à la surface de matériaux isolants et dans les mélanges gazeux CO2/fluoronitrile
Étude des mécanismes de développement de l’arc à la surface de matériaux isolants et dans les mélanges gazeux CO2/fluoronitrile
Jury :
Rapporteurs :
N. BONIFACI (G2ELab)
S. AGNEL (IES)
Membres :
A. GIRODET (SuperGrid Institute)
C. JOUBERT (Ampère)
A. BEROUAL (Ampère, Directeur de thèse)
Résumé :
L’hexafluorure de soufre (SF6) est, grâce à ses excellentes propriétés diélectriques, le gaz le plus couramment employé pour l’isolation électrique des postes sous enveloppe métallique (PSEM). Cependant, avec un potentiel de réchauffement global 23900 fois supérieur à celui du CO2 sur 100 ans, et une durée de vie dans l’atmosphère estimée à 3200 ans, le SF6 est aujourd’hui reconnu comme un puissant gaz à effet de serre. Ainsi, depuis le sommet de Kyoto (COP 3), les instances internationales ont décidé de réduire, voire interdire son utilisation, et incité les industriels à trouver des solutions alternatives plus respectueuses de l’environnement et présentant des propriétés physiques équivalentes ou supérieures à celles du SF6. Une des solutions proposées actuellement est le fluoronitrile (C4F7N), gaz présentant à lui seul une tenue diélectrique 2,7 fois supérieure à celle du SF6. Sa température de liquéfaction élevée oblige cependant à l’utiliser dilué, en mélange avec du CO2. De l’O2 peut également être ajouté pour répondre à des problématiques liées à la décomposition du gaz en coupure d’arc. Le mélange de gaz résultant peut être alors utilisé à température relativement basse, tout en présentant des propriétés diélectriques en volume proches de celles du SF6. Pour adapter correctement l’utilisation de ce mélange dans les PSEM, il convient de compléter sa caractérisation par l’étude de son comportement diélectrique à l’interface avec les isolants solides présents dans les postes. En se basant sur les études rapportées dans la littérature, une première série d’expériences a été menée en géométrie radiale afin de mesurer les extensions des décharges en l’absence de contournement, pour être comparées à celles obtenues dans le SF6. Une seconde étude comparative a ensuite été menée en géométrie de champ électrique tangentiel, permettant de mesurer les vitesses de propagation des streamers au moment du contournement. L’influence de la présence d’O2 sur la tenue diélectrique du mélange a également été explorée. Enfin, afin de fournir des critères de dimensionnement pour la conception des postes utilisant des mélanges fluoronitrile/CO2, des mesures de tensions de contournement en surface ont été effectuées pour différentes conditions expérimentales, notamment en présence de défaut en surface de l’isolant solide, sous tension impulsionnelle de choc de foudre et alternative.
L’hexafluorure de soufre (SF6) est, grâce à ses excellentes propriétés diélectriques, le gaz le plus couramment employé pour l’isolation électrique des postes sous enveloppe métallique (PSEM). Cependant, avec un potentiel de réchauffement global 23900 fois supérieur à celui du CO2 sur 100 ans, et une durée de vie dans l’atmosphère estimée à 3200 ans, le SF6 est aujourd’hui reconnu comme un puissant gaz à effet de serre. Ainsi, depuis le sommet de Kyoto (COP 3), les instances internationales ont décidé de réduire, voire interdire son utilisation, et incité les industriels à trouver des solutions alternatives plus respectueuses de l’environnement et présentant des propriétés physiques équivalentes ou supérieures à celles du SF6. Une des solutions proposées actuellement est le fluoronitrile (C4F7N), gaz présentant à lui seul une tenue diélectrique 2,7 fois supérieure à celle du SF6. Sa température de liquéfaction élevée oblige cependant à l’utiliser dilué, en mélange avec du CO2. De l’O2 peut également être ajouté pour répondre à des problématiques liées à la décomposition du gaz en coupure d’arc. Le mélange de gaz résultant peut être alors utilisé à température relativement basse, tout en présentant des propriétés diélectriques en volume proches de celles du SF6. Pour adapter correctement l’utilisation de ce mélange dans les PSEM, il convient de compléter sa caractérisation par l’étude de son comportement diélectrique à l’interface avec les isolants solides présents dans les postes. En se basant sur les études rapportées dans la littérature, une première série d’expériences a été menée en géométrie radiale afin de mesurer les extensions des décharges en l’absence de contournement, pour être comparées à celles obtenues dans le SF6. Une seconde étude comparative a ensuite été menée en géométrie de champ électrique tangentiel, permettant de mesurer les vitesses de propagation des streamers au moment du contournement. L’influence de la présence d’O2 sur la tenue diélectrique du mélange a également été explorée. Enfin, afin de fournir des critères de dimensionnement pour la conception des postes utilisant des mélanges fluoronitrile/CO2, des mesures de tensions de contournement en surface ont été effectuées pour différentes conditions expérimentales, notamment en présence de défaut en surface de l’isolant solide, sous tension impulsionnelle de choc de foudre et alternative.
Mots clé : PSEM ; mélange fluoronitrile/CO2 ; C4F7N ; SF6 ; résine époxy-anhydride ; décharges en surface ; streamers ; tenue surfacique ; particule