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Étude des facteurs influençant le mécanisme des décharges partielles d'encoche

Lévesque, Mélanie (2012). Étude des facteurs influençant le mécanisme des décharges partielles d'encoche. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les décharges partielles (DP) d’encoche surviennent sur l’enroulement du stator du côté haute tension dans les espacements d’air situés entre la surface des barres et celle du noyau magnétique. Ces DP qui sont très intenses sont depuis longtemps considérées comme étant dommageables pour le système d’isolation de masse. De ceci, une vaste étude en laboratoire a été démarrée en janvier 2007 avec comme objectif principal d’évaluer la contribution relative des différents paramètres qui influencent l’évolution de l’activité de DP d’encoche et la dégradation de l’isolation de masse des barres du stator.

Ce projet de recherche a été divisé en trois grandes étapes qui ont été l’implantation de deux montages de vieillissement en laboratoire et le développement d’un modèle de calcul du champ électrique. Un premier montage de vieillissement a été réalisé en laboratoire avec six barres de réserve du stator d’un alternateur et soumises à des DP d’encoche sous différentes combinaisons de contraintes électriques, thermiques et mécaniques. Ce montage expérimental a été soumis à un vieillissement de 25000 h et l’évolution de l’activité de DP d’encoche en fonction des combinaisons de contraintes a été caractérisée avec des mesures de DP, de conductivité des surfaces et des inspections visuelles. Par la suite, un deuxième montage de vieillissement en laboratoire a été réalisé avec deux barres de réserve soumises à des DP d’encoche à deux températures différentes et vieillies dans une chambre climatique sous trois séquences d’une durée de 230 h chacune à trois niveaux différents d’humidité. Des mesures de DP ont été effectuées tout au long du vieillissement et des inspections visuelles au début et à la fin de chacune des séquences ont permis de caractériser l’évolution de l’activité de DP d’encoche dans chacune des conditions. Finalement, la dernière étape de ce projet a été le développement d’un modèle de calcul du champ électrique dans une cavité d’air typique de celle où les DP d’encoche surviennent. Ce modèle a été conçu afin d’évaluer l’impact de la condition des surfaces sur le champ électrique en présence d’activité de DP.

Nous avons observé que les mécanismes de dégradation des barres soumises à des DP d’encoche sont dépendants de la présence des contraintes électriques, thermiques, mécaniques et environnementales ainsi que de la condition des surfaces du site de décharges. Tous ces paramètres ont une influence significative sur l’évolution de l’activité de DP d’encoche et sont dans la plupart des cas reliés entre eux. De plus, nous avons confirmé que la présence de DP d’encoche combinée avec des vibrations mécaniques est la condition la plus critique et qu’il importe de bien reconnaître cette situation car, une rupture diélectrique de l’isolation de masse des barres du stator peut survenir rapidement.

Résumé anglais

Slot partial discharges (PD) which take place on bars closer to the high voltage terminals of the stator winding in the air gap between the magnetic iron core of the stator and the winding insulation, are recognized as being harmful to the groundwall insulation. In order to determine the effect of the different parameters that affect the evolution of slot DP and the insulation degradation mechanism, an extensive study has been initiated in 2007.

This study was divided into three sections which have been the implementation of two laboratory aging experiments and the development of a PD model. A first accelerated aging laboratory experiment was conducted on six stator bars divided into three groups and subjected to slot DP under electrical stress alone, under electrical and thermal stresses and, finally under electrical, thermal and mechanical stresses. The aging experiment lasted for 25000 h and the changes in the detected phase resolved partial discharge patterns of slot PD were analyzed as a function of aging time for each stress condition while surface conductivity measurements as well as visual observations were carried out to complement the PD results. Subsequently, a secondary laboratory experiment was carried out using two stator bars placed in a climatic chamber and exposed to slot PD activity at two temperatures Under three aging sequences of 230 h at three different humidity levels. The phase resolved partial discharge patterns were monitored throughout each aging sequence and visual observations of the surfaces were made at the beginning and at the end, in order to characterize the evolution of slot partial discharge under each condition. At last, a numerical partial discharge model was developed in order to evaluate the effect of the surface condition on the electric field distribution inside an air cavity typical of the one where slot PD occur.

Results confirm that insulation degradation mechanisms are dependent on the type of stress present but also on surface degradation (insulation and magnetic iron core). These parameters also significantly influence the evolution of slot PD and are usually interrelated. In addition, it was confirmed that the presence of the triple stress, namely electrical, thermal and mechanical is the worst condition and progresses much faster to cause failure than when only electrical and thermal stresses were actives and it is thus important to recognize this situation from the others.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliographie : pages 157-164.
Mots-clés libres: Décharges électriques. Alternateurs Détérioration. Isolants électriques Détérioration. Champs électriques Modèles mathématiques. Contraintes (Mécanique) Contraintes thermiques. Stator, décharges partielles d’encoche, vieillissement, dégradation, isolation de masse, alternateur hydraulique, humidité, température, vibrations mécaniques, modélisation
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
David, Éric
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Hudon, Claude
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 20 mars 2015 17:56
Dernière modification: 15 mai 2015 20:24
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1043

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