La rigidité électrique et la tension de claquage

Description du capteur

Le capteur est de type capacité plan dont le diélectrique utilisé pour séparer les deux électrodes consiste en un papier Kraft que l’on retrouve aussi dans les transformateurs de puissance. Ce papier est séché et est imprégné d’huile avant d’être utilisé.
Le capteur est conçu selon des normes conformes aux standards ASTM [19] en référant ainsi au guide de la compagnie Tettex Instruments [49].
La figure 5-2 montre le schéma du condensateur conçu.
II est composé de :
1- Electrode Haute tension
2- Électrode de mesure
3- Anneau de garde
4- Échantillon de papier Kraft
Le condensateur est constitué de deux disques plans où le diamètre des électrodes (1) et (2) est de 49,5 mm et la largeur de l’anneau de garde (3) de 12 mm. Un espace de 1 mm sépare l’électrode de garde (3) et celle de mesure. Le matériau utilisé pour les électrodes est un acier inoxydable. La figure suivante présente le condensateur conçu au laboratoire.
L’électrode de garde et de mesure ont été fixées sur une disquette de téflon de 15 mm d’épaisseur. L’assemblage du condensateur est assuré par une vis en plastique spéciale pour résister aux températures très élevées.

Mode opératoire

Un récipient (bêcher) contenant de l’huile minérale (1600 ml), le capteur et les échantillons du papier, ont été soumis à une température de 115°C en utilisant un four à convection et en présence de cuivre métallique afin d’accélérer le processus du vieillissement [50], pendant une durée de 500 heures. Des prélèvements périodiques permettent de suivre l’état de vieillissement de l’échantillon.

Dispositif d’agitation

L’agitation de l’huile est assurée par un agitateur magnétique, avec un barreau magnétique de 10 mm de diamètre et 45 mm de longueur.

Conditionnement des échantillons (huile/papier)

Avant de commencer le processus de vieillissement, le papier et l’huile ont été préalablement séchés. L’huile est séchée dans une cuve contenant du gel de silice hermétiquement fermée pour qu’il n’y ait pas de contact avec l’air en agitant en même temps avec l’agitateur magnétique pendent 48 heures comme illustré à la figure 5-4. Le papier est séché sous vide dans un four à 110°C pendant 24 heures. Ce traitement réduit la teneur en eau dans l’huile de 18 ppm à moins de 5 ppm et dans le papier de 6% à 1%. Les échantillons de papier ainsi préparés sous vide sont immédiatement imprégnés d’huile.

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Table des matières

RESUME
REMERCIEMENTS
TABLE DES MATIÈRES
Liste des tableaux
Liste des figures
CHAPITRE 1 INTRODUCTION
1.1 Introduction
1.2 Objectifs de Pétude
1.3 Méthodologie
1.3.1 Nouveaux systèmes de préservation de l’huile
1.3.2 Conception d’un capteur capacitif
1.4 Organisation du mémoire
CHAPITRE 2 REVUE DE LA LITTÉRATURE
2.1 Introduction
2.2 Papier et carton isolants
2.3 Caractéristiques diélectriques du papier
2.3.1 Permittivité relative
2.3.2 La rigidité électrique et la tension de claquage
2.3.3 Le facteur de dissipation diélectrique (tan ô)
2.4 Huile isolante
2.5 Caractéristiques diélectriques de l’huile isolante
2.5.1 La permittivité relative
2.5.2 Conductivité et facteur de dissipation (tan S)
2.5.3 La rigidité diélectrique
2.5.4 Teneur en eau
2.6 Vieillissement
2.6.1 Vieillissement du papier
2.6.2 Vieillissement de l’huile
2.6.3 Mécanisme de l’oxydation
2.6.4 Lois du vieillissement des isolants
2.7 Conclusion
CHAPITRE 3 MÉTHODES ET TECHNIQUES D’ÉVALUATION DE L’ÉTAT DES
TRANSFORMATEURS
3.1 Introduction
3.2 Examen visuel
3.3 Méthodes électriques
3.3.1 Mesure du facteur de dissipation et de la permittivité relative
3.3.2 Mesure de la capacité
3.3.3 Mesure de la résistivité
3.3.4 Mesures des décharges partielles (DP)
3.3.5 Réponse diélectrique
3.4 Techniques physico-chimiques
3.4.1 Mesure de la teneur en eau
3.4.2 Analyse des gaz dissous
3.4.3 Nombre total d’acides (TAN)
3.4.4 La tension interfaciale (IFT)
3.4.5 Méthodes d’analyse spectrale
3.4.5.1 La spectrophotométrie infrarouge
3.4 5.2 Spectrophotométrie UV-Visible
3.4.5.3 Spectrométrie de masse (SM)
3.4 5.4 Résonance magnétique nucléaire (RMN)
3.4.6 Degré de polymérisation (DPV)
3.5 Conclusion
CHAPITRE 4 NOUVELLES TECHNIQUES DE PRÉSERVATION DE L’HUILE DANS LES
TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE
4.1 Introduction
4.2 Effets de l’oxydation sur l’isolation du transformateur
4.3 Systèmes de préservation d’huile
4.3.1 Système de préservation d’huile à diaphragme
4.3.2 Système de préservation à gaz inerte
4.3.3 Dessiccateur de Gel de Silice
4.4 Avantages et inconvénients des systèmes de préservation
4.5 L’utilisation d’inhibiteur d’oxydation
4.6 Expérience réalisée sur site
4.6.1 Nouveau système de gaz inerte (Azote) pour les unités de respiration libre
4.6.2 Résultats
4.7 Expériences réalisées en laboratoire
4.7.1 Concept de déshydratation de l’huile par l’azote (N2)
4.7.2 Description de l’expérience de déshydratation de l’huile par l’azote
4.7.3 Étude d’un nouveau système de préservation d’huile à diaphragme
4.7.4 Résultats et analyses de système de préservation d’huile à diaphragme
4.8 Conclusion
CHAPITRE 5 ÉTUDE DE FAISABILITÉ D’UN CAPTEUR POUR LE CONTRÔLE ET LA
SURVEILLANCE DES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE EN LIGNE
5.1 Introduction
5.2 Partie expérimentale
5.2.1 Description du capteur
5.2.2 Mode opératoire
5.2.3 Dispositif d’agitation
5.2.4 Conditionnement des échantillons (huile/papier)
5.2.5 Mesures de la réponse diélectrique
5.2.6 Autres mesures
5.2.7 Prélèvement des échantillons
5.3 Résultats et discussion
5.3.1 Mesure du facteur de dissipation
5.3.2 Etude de la permittivité complexe
5.4 Modèle du système d’isolation huile/ papier pour l’analyse de la réponse diélectrique
5.4.1 Résultats du modèle de système d’isolation huile/ papier (Debye)
5.4.2 Étude des pôles
5.4.3 Évaluation de la dégradation du papier cellulose
5.5 Estimation des pôles à partir des résultats obtenus par IDA 200
5.6 Comparaison entre les différentes techniques de diagnostic
5.6.1 Description des techniques utilisées
5.6.2 Résultats et discussion de la corrélation entre les différentes techniques
5.7 Conclusion
CHAPITRE 6 CONCLUSIONS GÉNÉRALES ET RECOMMANDATIONS
6.1 Conclusions
6.2 Recommandations
RÉFÉRENCES
ANNEXES