Développement d’une méthode de mesure de charges d’espace appliquée aux isolateurs de postes sous enveloppe métallique (PSEM) pour la haute tension à courant continu

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

• Auteur / Autrice : Phanuel Séraphine Mbolo Noah
• Direction : Serge Agnel, Petru Notingher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 29/11/2017
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d’Electronique et des Systèmes / IES
• Jury : Président / Présidente : Abderrahmane Beroual
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Serge Agnel, Petru Notingher, Abderrahmane Beroual, Laurent Berquez, Lucian Dascalescu, Jean-Charles Laurentie, Laëtitia Zavattoni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Berquez, Lucian Dascalescu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résines époxydes

Haute tension

Isolateurs électriques

Charge d'espace

Mots clés libres

Charge d'espace

Isolateur

Méthode de l'onde thermique (MOT)

Résine époxyde

Haute tension courant continu (HTCC)

Poste électrique

Space charge

GIS spacer

Thermal step method

Epoxy resin

High voltage direct current (HVDC)

Gas insulated substation

Résumé

En permettant la transmission de fortes puissances sur de grandes distances, les réseaux en haute tension à courant continu (HTCC) représentent l'avenir du transport de l'énergie électrique. Des équipements tels que les postes sous enveloppe métallique (PSEM) seront indispensables dans ces réseaux pour répartir le flux d'énergie, interrompre ou isoler certaines branches. Leur conception nécessite la prise en compte, pour les parties isolantes, de phénomènes spécifiques liés à l’application de champs électriques continus, comme la dépendance de la résistivité avec le champ et la température, mais également l’accumulation de la charge d'espace qui contribue à augmenter sensiblement les risques de claquage. Dans le composite étudié (résine époxyde chargée d’alumine), ce phénomène commence à se manifester dès que les valeurs de champ excèdent quelques kV/mm, correspondant à l’ordre de grandeur des contraintes envisagées dans les futurs PSEM HTCC.Bien que des techniques existent pour déterminer la répartition de ces charges dans les isolants solides, aucune n’est à ce jour directement applicable aux structures isolantes installées dans les PSEM HTCC.L’objectif de ce travail est ainsi de concevoir et de mettre en place une technique de mesure des charges d’espace et du champ électrique interne qui soit à résolution spatiale, non destructive et adaptée à une géométrie d’isolateur cylindrique, de type support isolant de jeu de barres.En utilisant le dispositif expérimental mis en place, le comportement du composite vis-à-vis de la charge d’espace est par la suite étudié, notamment en fonction de différentes contraintes électrothermiques représentatives du fonctionnement des PSEM. Le but final est d'aider à l'optimisation de la conception de ce type d’isolateur, en se basant sur l’analyse des résultats issus de mesures de charges d’espace.

The trend today is to develop high voltage direct current (HVDC) technology for the future electric network because it offers some advantages for the transmission on long distances. The development of HVDC networks leads to an increasing need of gas insulated substations (GIS). A problem to be dealt with when an insulator is subjected to a continuous electric field is the variation of the resistivity with the electric field and the temperature and the accumulation of space charges that can lead to dielectric breakdown. In alumina-filled epoxy resin, used as insulating material for GIS spacer, the influence of space charge start to come out when the electric fields exceed several kV/mm, corresponding to values envisaged for the future HVDC GIS.Despite that non-destructive methods exist to determine the space charge distribution in solid insulators, none of them are directly applicable to insulation structures installed in the HVDC GIS.So, the main objective of this work is to design and set up a measurement technique to observe the internal electric field and the accumulated charges. The developed method must be non-destructive and adapted for a cylindrical geometry of an insulator used as a busbar insulation support.By using the experimental bench set up, the behavior of the composite material regarding the space charge will be studied, in particular according to different thermoelectric stresses. The final aim is to contribute to the optimization of the design of this type of insulator, based on the results from space charge measurements.