Étude et conception d’un nouveau système intégré à une plateforme de monitoring pour la détection des décharges partielles en UHF pour les équipements électriques

Study and design of a new embedded system integrated into a monitoring platform for the detection of UHF partial discharges for electrical equipment

• Auteur / Autrice : Alexandre Marchal
• Direction : Robert Staraj, Philippe Le Thuc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 03/05/2019
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique, antennes et télécommunications (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Laboratoire d'Electronique, Antennes et Télécommunications
• Jury : Président / Présidente : Omar Elmazria
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Omar Elmazria, Xavier Begaud, Smaïl Tedjini, Manuel Monedero
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Xavier Begaud, Smaïl Tedjini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antennes (électronique)

Systèmes embarqués (informatique)

Ondes décimétriques

Décharges électriques

Mots clés libres

Décharges partielles

Mesures UHF

Système embarqué

Antenne ULB

Cellule moyenne tension

Partial discharges

UHF measurements

Embedded system

UWB antenna

Air Insulated Switchgear

Résumé

La société SENSeOR a développé un système dédié à la surveillance de la température pour les équipements moyenne/haute tension afin d’éviter certaines pannes pouvant avoir des conséquences majeures sur le réseau d’énergie électrique. Cependant, des phénomènes autres que l’augmentation de la température sont aussi présents dans ces équipements à l’instar des décharges partielles (DP) dont la détection permettrait d’établir un diagnostic fiable et efficace de l’état de santé de l’appareil. C’est ce que propose le travail de recherche présenté. Pour cela, nous présenterons les caractéristiques définissant l’isolation d’un système électrique et les différentes propriétés régissant le phénomène de décharge partielle. Nous exposons également les problématiques et objectifs ainsi que l’intérêt d’opter pour la méthode UHF comme méthode de détection et pourquoi cibler des topologies d’antennes de type Ultra Large Bande (ULB) en tant que capteurs de DP, et en quoi ce type d’antenne, constitue un allié fort dans la détection des DP. La conception d’une nouvelle antenne ULB imprimée et miniature adaptée au contexte de détection des DP, à savoir un environnement restreint de type cavité métallique telle qu’une cellule moyenne tension AIS (Air Insulated Switchgear) est ensuite présentée ainsi que la technique utilisée pour élargir sa bande passante. La dernière partie de ce travail est consacré à l’élaboration du système complet de détection UHF des DP avec la description des développements hardware et logiciel. Enfin, les différents tests mis en place en laboratoire et in-situ afin de valider et caractériser le système conçu sont présentés.

SENSeOR has developed a system dedicated to the temperature monitoring for medium and high voltage equipments in order to avoid certain failures that could have major consequences on the electrical grid. However, phenomena other than the increase of the temperature are also present in these equipments like partial discharges (PD) whose detection would make it possible to establish a reliable and effective diagnosis of the apparatus state of health. This is what the presented research work suggests. For this, we will present the characteristics defining the insulation of an electrical equipment and the different properties of the partial discharge phenomenon. We also expose the problems and objectives as well as the interest to focus on the UHF method as a detection method and why targeting on Ultra-Wide Band (UWB) antenna topologies as PD sensors, and why this type of antenna, is a strong ally in the PD detection. The design of a new printed and miniature UWB antenna usable in a harsh and restricted environment, typically a metallic cavity of a medium-voltage cell, is then presented along with the technique used to widen its bandwidth. The last part of this work is dedicated to the development of the complete UHF PD detector with the description of hardware and firmware developments. Finally, various tests set up in laboratory and in situ in order to validate and characterize the designed system are presented.