Study of electric discharge and space charge formation phenomena in the air gaps of an ice-covered insulator using an icicle/ice-covered plate electrode system = Étude des processus des décharges électriques et formation de charges d'espace dans les intervalles d'air d'un isolateur recouvert de glace à l'aide d'une configuration d'électrodes glaçon/plaque recouverte de glace

摘要

Dans les régions au climat froid, les accumulations de glace sur les isolateurs diminuent leur performance électrique, résultant parfois en contournements et pannes d'électricité. Ce problème a attiré l'attention de nombreux chercheurs et a amené à la publication de nombreux articles et rapports. On a découvert que l'un des signes les plus courants associés aux isolateurs recouverts de givre est la présence d'intervalles d'air le long de la surface de glace, causés par l'activité des décharges couronne.ududLa décharge couronne à la pointe des glaçons dans l'intervalle d'air est la première étape du processus de contournement. Durant ces activités de décharges de couronne, un grand nombre de charges d'espace, incluant les ions positifs et négatifs, sont générés, ce qui influence la distribution du champ électrique dans les intervalles d'air ainsi que les activités de décharges séquentielles conséquentes. Cependant, dû aux propriétés invisibles et à la complexité des décharges d'espace, son influence sur la distribution du champ électrique et sur le processus de contournement a été généralement ignorée dans les études antérieures.ududCette thèse de doctorat vise à étudier les processus fondamentaux et initiaux des décharges électriques dans les intervalles d'air des isolateurs recouverts de givre. Ce travail a été effectué dans le cadre des activités de la Chaire industrielle NSERC/Hydro-Québec/UQAC sur le givrage atmosphériques des équipements des réseaux électriques (CIGELE) et de la Chaire du Canada sur l'ingénierie du givrage des réseaux électriques (INGIVRE) à l'Université du Québec à Chicoutimi, en collaboration avec le Key Laboratory of High Voltage Engineering and Electrical New Technology of the Ministry of Education à l'Université de Chongqing. Dans le but de simplifier l'étude, un modèle physique, un système d'électrode recouvert de glace, a été conçu sur la base de nombreuses investigations antérieures pour simuler la pointe des glaçons et la surface glacée d'isolateurs réels recouverts de glace. À cette fin, des tests systématiques ont été effectués dans une chambre climatique du laboratoires de haute tension de l'Université de Chongqing. Utilisant un système d'acquisition de données consistant en une caméra à ultraviolets CoroCam IV* et un détecteur de pulsations de courant spécialement conçu à cette fin, les caractéristiques des décharges de couronne tel que la tension de seuil de la décharge couronne, le volume d'apparition de couronne, le taux de répétition des impulsions de décharge et de variation du courant ont été analysés en détail selon différents paramètres. Ces paramètres incluent les intervalles d'air, la température ambiante, la conductibilité de l'eau de congélation, la pression atmosphérique et la polarité du voltage ainsi que les types de voltages. Par la suite, les résultats expérimentaux ont été soumis à l'analyse statistique et l'influence de ces paramètres sur les caractéristiques des pulsations de décharge a été déterminée.ududDans le but de mettre en lumière le mécanisme physique sous-jacent les décharges couronne et de déterminer l'influence des charges d'espace sur les processus de décharge induits, un modèle physique de charges d'espace dynamique a été proposé pour analyser le phénomène de décharge. Un modèle mathématique a été élaboré pour simuler le processus de dérivation et de diffusion des nuages de charge d'espace. Ce modèle permet de calculer et de valider le temps critique des charges d'espace. Finalement, les influences possibles des charges d'espace sur le contournement des isolateurs recouverts de glace sont discutées.ududLes résultats de l'étude donnent une meilleure compréhension des décharges de couronne à la poine des glaçons accumulés sur les isolateurs recouverts de glace. Cependant, dû à la limite de temps et à la complexité de ce phénomène, des études plus approfondies seront nécessaires pour compléter le modèle et la théorie. Plusieurs recommandations ont été proposées pour de futures études.