Determination and influence of the existence of partial discharges in a railway traction system using SiC-based components
Détermination et impact de l'existence de décharges partielles dans une chaîne de traction ferroviaire utilisant des composants à base de SiC
Résumé
The introduction of SiC-based components in the electromechanical chain presents numerous advantages, but has consequences on the reliability of the insulation systems in the machine. For switching frequencies up to 5 kHz, and dV/dt varying from 15 to 30 kV/µs, a system lifetime of around 40 years (or 200 000 hours) must be guaranteed. The question that arises is to know what margin insulation systems of the current equipment have. It is thus necessary to determine whether, under normal operating conditions, phenomena that did not previously exist or were not completely apprehended will appear with the transition to SiC-based inverters. One of these phenomena is Partial Discharge (PD) and its development in machines, and more precisely in the turn-to-turn, turn-to-ground, and phase-to-phase insulation systems. Therefore, the objective of the thesis is to study the influence of the electrical stress imposed by SiC-based components on the insulation of machines. To do so, a first phase of electrical stress identification allows accounting for the constraints undergone by the machine. In a second phase, these constraints are reproduced on representative samples, which are thus subject to accelerated aging, in order to establish aging laws and to study the degradation of the insulation systems under stress.
L'introduction de composants à base de SiC dans les chaînes de conversion électromécanique du ferroviaire, si elle présente de nombreux avantages, peut avoir des conséquences sur la fiabilité de l'ensemble des systèmes d'isolation des machines. Il s'agit donc, pour des fréquences de commutation de 1 à 5 kHz, et des dV/dt variant de 15 à 30 kV/µs, d'être capable de garantir des durées de vie des systèmes de l'ordre de 40 ans (ou 200 000 h). La question qui se pose est donc de savoir de quelle marge disposent les systèmes d'isolation des équipements actuels en prévision du passage aux composants à base de SiC. Il s'avère donc nécessaire de déterminer si dans les conditions normales de fonctionnement de la chaîne des phénomènes qui n'existaient pas préalablement (ou dont les conséquences n'avaient pas forcément été appréhendées de manière spécifique) vont apparaître avec le passage aux composants à base de SiC. Il s'agit principalement des Décharges Partielles et de leur développement dans les machines et plus précisément dans l'isolation entre spires, entre phases ou par rapport à la masse. L'objectif de la thèse consiste donc à étudier l'influence des contraintes électriques imposées par les composants SiC sur les isolants des machines. Pour cela, une première phase de caractérisation des contraintes électriques permet de rendre compte des contraintes réellement subies par la machine. Ces contraintes sont ensuite reproduites dans une seconde phase sur des échantillons représentatifs qui sont ainsi soumis à un vieillissement accéléré, et qui permettent d'établir des lois de vieillissement ainsi que d'étudier la dégradation des isolants sous l'effet des contraintes appliquées.
Origine : Version validée par le jury (STAR)