Matériaux de câble à isolation synthétique pour des applications au transport d'énergie HVDC

Sinthetic cable materials for use in high voltage direct current (HVDC) electrical energy transport

• Auteur / Autrice : Bertrand Vissouvanadin Soubaretty
• Direction : Gilbert Teyssedre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériau pour le génie électrique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Câbles électriques -- Isolation -- Matières plastiques

Haute tension

Électricité -- Transport -- Courant continu

Mots clés libres

Hvdc

Polyéthylène réticulé

Isolation synthétique

Semi-conducteur

Méthode électroacoustique

Charge d'espace

Formulation

Déconvolution

Résumé

Ce travail concerne le développement des câbles haute tension à courant continu (HVDC) à base de polyéthylène réticulé chimiquement (XLPE). Le développement de ce type de câble est confronté au problème d'accumulation de charges d'espace, lié à la nature des électrodes semi-conductrices et de l'isolant. Dans le cadre de cette thèse, la méthode électroacoustique pulsée (PEA) est utilisée pour étudier l'accumulation de charges d'espace dans les matériaux sur plaques modèles et sur câbles. Le rôle joué par les sous-produits de réticulation sur la formation d'hétérocharges est clairement mis en évidence par l'étude du conditionnement du XLPE. Un modèle basé sur une polarisation hétérogène est proposé pour expliquer la formation d'hétérocharges. Les résultats obtenus sur différentes formulations d'isolants montrent une implication certaine des additifs dans la formation de charges d'espace. L'étude réalisée sur les couches semi-conductrices a permis, par ailleurs, d'identifier l'impact des différents constituants (noir de carbone, matrice etc. . ) sur la formation de charges. Pour l'étude des câbles maquettes, une méthode de déconvolution des profils PEA tenant compte de la géométrie cylindrique, de l'atténuation et de la dispersion d'onde acoustique est d'abord mise au point. Les mesures sur des câbles maquettes non traités ont permis de mettre en évidence un déplacement du point de champ maximum depuis l'âme du câble vers le semi-conducteur extérieur du câble due à une accumulation massive d'hétérocharges au niveau de l'électrode externe. L'influence du gradient thermique sur l'accumulation de charges est également abordée dans ce travail

This work deals with the development of High Voltage Direct Current cables based Cross-linked polyethylene (XLPE). The development of such a cable is confronted to the problem of space charge build-up which is linked to the nature of the semiconducting electrodes and the insulating material. In the framework of this thesis, the pulsed electro-acoustic (PEA) method has been used to study space charge build-up in both plaque and model cables. The impact of cross-linking by-products on the heterocharges accumulation has been highlighted by investigations on XLPE conditioning. A model based on heterogeneous polarization has been established to describe heterocharges build-up. Results obtained on different insulating formulations have shown a clear impact of additives regarding space charge build-up. Furthermore, study of semi-conducting layers has enabled identifying the effect of the different compounds such as carbon black, polymer matrix on charges build-up. For model cables, a deconvolution method of raw PEA signal which takes into account the cylindrical geometry, the attenuation and the dispersion of acoustic waves has been developed. Measurements on non-treated model cables have shown a displacement of the point where the field is at maximum from the inner to the outer semi-conducting electrode. This is due to a massive heterocharges build-up adjacent to the external electrode. The impact of thermal gradient on space charge build-up has also been addressed in this work