DIELECTRIC STUDY OF A GAS-SOLID HYBRID INSULATION FOR HIGH VOLTAGE APPARATUS.
Etude diélectrique d'une isolation hybride gaz-solide pour
appareillage haute tension
Résumé
This work deals with a way of substituting the sulphur hexafluoride gas (SF6) used in High Voltage apparatus especially in Gas Insulated Substations (GIS). This gas has good dielectric properties but its Global Warming Potential (GWP) is estimated to 23,900 times greater than the carbon dioxide (CO2). Unfortunately, simple gases such as nitrogen (N2) present a dielectric withstand two or three times lower than SF6. To improve the system dielectric withstand, an insulating coating based on silicone and composed of a first 0.5 mm thick semi-conducting layer and a second 1.5 mm thick insulating layer is applied on the system?s conductors in order to limit or suppress the role of electrons emitted by the metal. The experimental investigations, made with Lightning Impulse Voltage and under conditions close to the industrial practice, show that with N2 the coated system dielectric withstand is controlled by the gas. Consequently, applying an insulating coating on the conductors reduces the system dielectric withstand (capacitive effect). These investigations show, however, that it is possible to improve the system dielectric withstand with the coating in case of SF6 under negative Ligthning Impulse Voltage. The gas cleanliness, the gas ionisation and most of all the charges which remain on the gas-coating interface seem to be important parameters. These charges have under certain conditions a beneficial effect. This last result gives a track for further work.
Ce travail s'inscrit dans le cadre de la recherche d'une alternative à l'utilisation du gaz hexafluorure de soufre (SF6) dans l'appareillage électrique Haute Tension et plus particulièrement les postes à isolation gazeuse. Ce gaz possède de bonnes propriétés diélectriques mais son potentiel de réchauffement global (GWP) est estimé à 23900 fois celui du dioxyde de carbone (CO2). Malheureusement, les gaz dits simples tels que l'azote (N2) présentent une tenue diélectrique deux à trois fois plus faible que celle du SF6. Dans le but d'améliorer la tenue diélectrique du système, on se propose d'appliquer sur les conducteurs un revêtement isolant à base de silicone constitué d'une sous-couche semi-conductrice d'épaisseur 0.5 mm et d'une couche isolante d'épaisseur 1.5 mm, afin de limiter ou supprimer le rôle des électrons du métal. Les essais diélectriques réalisés sous une tension de choc de foudre dans des conditions expérimentales proches de la pratique industrielle montrent qu'en présence de N2 la tenue diélectrique du système avec revêtement est régie par le gaz. Par conséquent, l'application du revêtement sur les conducteurs diminue la tenue diélectrique du système (effet capacitif). Ces essais montrent, cependant, qu'il est possible d'améliorer la tenue diélectrique du système avec le revêtement, en présence de SF6 en polarité négative. Les paramètres importants semblent être la propreté du gaz, le degré d'ionisation du gaz et surtout les charges qui se déposent à l'interface gaz-revêtement qui, dans certaines conditions, ont un effet bénéfique : ce dernier résultat donne une piste aux travaux futurs.
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