Recherche sur les caractéristiques de décomposition et la biosécurité du gaz isolant mixte C5F10O/N2/O2

Research on the decomposition characteristics and biosafety of C5F10O/N2/O2 mixed insulating gas

• Auteur / Autrice : Yalong Li
• Direction : Jean-Marc Bauchire, Xiaoxing Zhang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Technologies Industrielles. Energétique
• Date : Soutenance le 21/12/2023
• 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 (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés. UMR 7344 (Orléans ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Dunpin Hong
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Shuangshuang Tian
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Teulet, Lee Li

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmas (gaz ionisés)

Environnement

Isolants thermiques

Décharges électriques dans les gaz

Interfaces gaz-solide

Pyrolyse

Mots clés libres

Mélange gazeux C5F10O/N2/O2

Gaz isolant écologique

Stabilité de l'interface gaz-Solide

Décomposition par décharge

Biosécurité

C5F10O/N2/O2 gas mixture

Eco-Friendly insulating gas

Gas-Solid interface stability

Discharge decomposition

Biosafety

Résumé

Dans ce travail de thèse de doctorat, des études expérimentales et théoriques sont réalisées sur les caractéristiques de décomposition du mélange gazeux C5F10O/N2/O2 à l'interface gaz-solide de matériaux métalliques et sous l'action d'une décharge électrique dans un appareil de coupure électrique. La faisabilité et la sécurité de son utilisation sont évaluées en combinaison avec la biosécurité du gaz C5F10O et des produits de décomposition du gaz plasmagène. Compte tenu du contact long entre le mélange gazeux C5F10O/N2/O2 et les matériaux internes de l'équipement de coupure électrique pendant son fonctionnement, la stabilité de l'interaction gaz-solide du mélange gazeux avec les métaux couramment utilisés (cuivre, aluminium et argent), à l'intérieur de l'équipement est caractérisé, et le mécanisme d'interaction gaz-solide entre le mélange gazeux C5F10O et les matériaux métalliques est précisé. Un défaut thermique peut également se produire pendant le fonctionnement de l'équipement. Les caractéristiques typiques de la décharge et de la décomposition par défaut thermique du mélange gazeux C5F10O/N2/O2 contenant différentes concentrations d'oxygène sont identifiées. La composition et les processus de création des produits de décomposition du mélange gazeux sont obtenues, et la corrélation entre les types et le contenu des produits de décomposition caractéristiques et les types de défaut, ainsi que la réaction de l'oxygène vers les produits de décomposition du mélange gazeux C5F10O et le mécanisme d'inhibition de la précipitation des produits solides sont analysés. Sur la base de ce travail, nous proposons un schéma d'optimisation de la stabilité de la couche protectrice argent- cuivre est proposé pour le cuivre avec une faible stabilité gaz-solide du gaz C5F10O/N2/O2. Nous avons défini les produits caractéristiques de la décharge et du défaut thermique du mélange gazeux, ce qui constitue une référence pour la surveillance en ligne des défauts. Nous avons testé la biosécurité du C5F10O et des produits de décomposition par arc. Sa sécurité d'application a été évaluée en fonction des caractéristiques de décharge et de décomposition thermique du mélange gazeux, et des mesures et de protection ciblées et des suggestions sont proposées.

In this doctoral thesis work, experimental and theoretical studies are carried out on the decomposition characteristics of C5F10O/N2/O2 gas mixture at the gas-solid interface of metal materials and under the discharge and thermal action, and the feasibility and safety of its application are evaluated in combination with the biosafety of C5F10O gas and arc decomposition products of C5F10O/N2/O2. Considering the long-term contact between C5F10O/N2/O2 gas mixture and the internal materials of the equipment during normal operation, the gas-solid interaction stability of C5F10O/N2/O2 gas mixture with commonly used metal copper, aluminum and silver inside the equipment is evaluated, and the mechanism of gas-solid interface interaction between C5F10O gas mixture and metal materials is clarified. Discharge and thermal fault may also occur during the long-term operation of the equipment. The failure decomposition mechanism of C5F10O/N2/O2 gas mixture is studied through experiments and simulations. The typical discharge and thermal fault decomposition characteristics of C5F10O/N2/O2 gas mixture containing different concentrations of oxygen are revealed. The composition and generation rules of decomposition products of the gas mixture under the faults are obtained, and the correlation between the types and contents of characteristic decomposition products and the fault types, as well as the regulation of oxygen to C5F10O gas mixture decomposition products and the inhibition mechanism of solid product precipitation are analyzed. In conclusion, based on the simulation and experimental results, we proposed the stability optimization scheme of silver-plated protective layer on copper surface for metal copper material with poor gas-solid stability of C5F10O/N2/O2 gas. We extracted the characteristic products characterizing the discharge and thermal fault of C5F10O/N2/O2 gas mixture, which provided a reference for the on-line fault monitoring based on the decomposition components. We tested the biosafety of C5F10O and its arc decomposition products, and evaluated its application safety based on the discharge and thermal fault decomposition characteristics of C5F10O/N2/O2 gas mixture, and proposed targeted safety protection measures and suggestions.