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Décharges Partielles (DP)

par Agnès Gaunie Picart - publié le , mis à jour le

Animateur : David MALEC

Groupes impliqués : MDCE, DSF, MPP, GREPHE, PRHE, CODIASE, GREM3, GENESYS.

Cette Action Transversale a vu le jour en fin 2013 de la volonté de fédérer toutes les compétences du Laplace sur une thématique très transversale qu’est celle des Décharges Partielles (DP) qui apparaissent dans les systèmes d’isolation des matériels du Génie Electrique. Ces décharges, bien que partielles, ont un impact indéniable sur la fiabilité et la durée de vie des matériels haute tension et sont à l’origine de défaillances à très court terme des matériels basse tension qui en sont le siège. Bien qu’ancien, ce sujet d’étude est à nouveau au cœur des préoccupations. Ce regain d’intérêt conjoncturel est lié au risque d’apparition de ces décharges dans les systèmes actuels et futurs fonctionnant sous des tensions de plus en plus élevées et/ou en environnement de plus en plus sévère. Les objectifs scientifiques à court terme de cette AT, définis à l’issue de 2 séminaires qui se sont tenus en 2014, sont détaillés ci-dessous.

1. Objectifs scientifiques pour les 2 années à venir

Dans une première approche, trois sous-thématiques ont été identifiées. Elles concernent :

- La physique sous-jacente qui traite de la physique d’apparition d’une décharge dans un gaz, à son interaction avec la surface et le volume des isolants solides environnants et leur dynamique de dégradation. Le premier objectif envisagé vise à ‘revisiter’ toutes les hypothèses et théories, très anciennes, relatives à la physique des décharges et ceci grâce aux moyens modernes de mesure et de simulation et à l’expertise reconnue des différentes équipes. Ainsi de nombreuses questions telles que la nature des décharges (Townsend, Glow,…), les phénomènes initiateurs (origine des électrons germes), les mécanismes d’émissions secondaires, les facteurs d’échelles, les déviations à la loi de Paschen,… seront abordées.

- Les mesures et le diagnostic qui concerne la mesure de ces décharges (sur échantillons ou sur systèmes), leur localisation, l’établissement de lois de durée de vie ainsi que le health monitoring. Des travaux collaboratifs sur la modélisation de la durée de vie multi-paramètres de matériaux polymériques subissant l’attaque de décharges partielles ont déjà été initiés par le passé au sein du Laboratoire et sont toujours d’actualité. Il s’agit donc de les consolider mais également de trouver les passerelles entre les modèles comportementaux de durée de vie qui seront établis et des modèles physiques de dégradation des polymères agressés.

- La conception qui vise à concevoir et à réaliser des matériels, des sous-ensembles et des systèmes complets qui doivent être exempts de DP ou résistants à celles-ci. Deux objectifs vont être visés et concernent la problématique ‘DP’ dans une chaîne ‘source-convertisseur-câble-machine tournante basse tension’. Le premier de ces objectifs consistera à définir des règles de design, de choix de matériaux et de mise en œuvre des différents constituants de cette chaîne. Le second objectif consistera, dans un deuxième temps, à tirer partie de cette première étape pour introduire dans la démarche d’optimisation de cette chaîne le nouveau paramètre ‘DP’. Cette optimisation visera à étudier toutes les solutions envisageables pour la suppression des décharges, en estimant les impacts de chacune d’entre elles sur la masse, les dimensions et les pertes totales de cette chaîne.

2. Vision prospective des thématiques (nouvelle thématique ou thématique en évolution)

L’AT DP en Génie Electrique’ est une AT naissante, il n’est donc naturellement pas envisagé de traiter d’autres thématiques que celles définies ci-dessus à courts termes. Néanmoins, certaines évolutions des systèmes du Génie Electrique sont d’ores et déjà envisagées à moyen terme et ne seront pas sans conséquence sur la problématique ‘DP’. Citons la mise sur le marché et la démocratisation des convertisseurs statiques à semi-conducteurs GaN ou SiC dont les commutations très rapides peuvent provoquer l’apparition de DP. Citons également des ruptures technologiques à l’étude dans le domaine des transports : convertisseurs statiques alimentés directement par la caténaire, chaîne de propulsion hybride haute tension (>1kV) dans l’aéronautique, etc. Ces évolutions annoncées feront l’objet d’une veille qui permettra à terme de pouvoir les intégrer dans les objectifs futurs de l’AT DP.