Étude des phénomènes de décharges partielles et de claquage du gaz à partir d'un point triple sous conditions variées de pression et de température

Study of partial discharge and gas breakdown phenomena at a triple junction under various pressure and temperature conditions

• Auteur / Autrice : Robert Szilágyi
• Direction : Philippe Molinie, Michael J. Kirkpatrick, Emmanuel Odic, Philippe Dessante
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 08/02/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Gilbert Teyssèdre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nelly Bonifaci, Noureddine Zouzou, Jinbo Bai, Stéphane Duchesne, Pedro Llovera-Segovia
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nelly Bonifaci, Noureddine Zouzou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alumine

Décharges électriques dans les gaz

Amorçage (électricité)

Décharges électriques

Mots clés libres

Décharges partielles (DP)

Claquage du gaz

Point triple

Conditions variées de pression et de température

Alumine

Partial discharges (PD)

Gas breakdown

Triple junction

Various pressure and temperature conditions

Aluminium oxide

Résumé

Les points triples (jonction entre un gaz, un isolant solide et un conducteur), présents dans de nombreuses applications industrielles, constituent, en raison du renforcement local du champ électrique, une zone critique pour le déclenchement des décharges électriques. De plus, ces points triples peuvent être exposés à des conditions environnementales parfois sévères. Ainsi, l'objectif de cette étude était de parvenir à une meilleure compréhension des phénomènes de décharges partielles (DP) et de claquage du gaz à partir d'un point triple sous différentes conditions de pression et de température. En particulier, ont été examinées les tensions-seuil d'amorçage/d'extinction des DP (Partial Discharge Inception Voltage, PDIV/Partial Discharge Extinction Voltage, PDEV) et la tension de claquage du gaz en surface de l'isolant solide (Flashover Voltage, FOV).Dans ce contexte, un dispositif expérimental a été conçu et exploité dans une atmosphère d'azote dont la pression était comprise entre 50 mbar et pression atmosphérique pour des températures imposées variant de l'ambiante à 400 °C. Une attention particulière a été accordée à l'alumine, matériau isolant solide qui peut être utilisé dans cette plage de température. L'influence de la température sur la PDIV (et PDEV) d'une part, et la FOV d'autre part, a été caractérisée, analysée et interprétée au moyen de mesures diélectriques, d'imagerie rapide et de simulations numériques. Enfin, dans les conditions de température élevée et malgré les précautions prises, une oxydation de l'électrode haute tension a été observée dont l'influence sur la PDIV a été analysée.

Triple junctions (between a gas, a solid insulator, and a conductor), which are present in numerous industrial applications, constitute a critical zone for the triggering of electrical discharges due to local reinforcement of the electric field. In addition, these triple points can be exposed to harsh environmental conditions. The aim of this study was therefore to come to a better understanding of the phenomena of partial discharge (PD) and gas breakdown from a triple junction under different pressure and temperature conditions. In particular, the Partial Discharge Inception Voltage (PDIV), the Partial Discharge Extinction Voltage (PDEV), and the Flashover Voltage (FOV) of surface breakdown of the solid insulator were examined.In this context, an experimental set-up was designed and operated in a nitrogen atmosphere ranging from 50 mbar to atmospheric pressure, for imposed temperatures varying from ambient to 400 °C. Particular attention was paid to aluminium oxide, a solid insulator material that can be used in this temperature range. The influence of temperature on PDIV (and PDEV) on the one hand, and FOV on the other, was characterised, analysed and interpreted by means of dielectric measurements, high-speed imagery and numerical simulations. Finally, under high temperature conditions and despite the precautions taken, an oxidation of the high voltage electrode was observed whose influence on the PDIV was analysed.