Développement d’un condensateur sec haute tension

Poudret, Romain (2019). Développement d’un condensateur sec haute tension. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les condensateurs haute tension utilisés sur les réseaux de distribution d’électricité contiennent des huiles diélectriques synthétiques. Ces huiles présentent un risque environnemental et de nouvelles normes pourraient interdire leur utilisation. Dans ce contexte, l’entreprise Condis souhaite développer un condensateur sec haute tension dont les performances électriques égalent celles obtenues avec la technologie imprégnée d’huile diélectrique.

Ce mémoire présente le développement et l’évaluation du potentiel de deux technologies de condensateurs secs haute tension. La première technologie utilise des matériaux composites préimprégnés et la deuxième consiste à imprégner un condensateur bobiné avec des résines thermodurcissables. Des mesures par spectroscopie, des mesures de décharges partielles et des essais de claquage ont été réalisés afin d’évaluer les propriétés électriques des condensateurs.

Dans un premier temps, des condensateurs plats laminés ont été fabriqués à partir de plusieurs préimprégnés sélectionnés dans le commerce. La tenue au claquage des condensateurs laminés est encourageante pour une version préliminaire bien que cette technologie présente de nombreux défis de fabrication pour produire un prototype.

Des enroulements capacitifs ayant des murs diélectriques de compositions différentes ont été imprégnés par procédé VPI (Vacuum Pressure Impregnation) avec une résine époxy et une résine silicone. Un traitement corona des films de polypropylène a permis de diminuer de façon significative le niveau de décharges partielles par rapport à un film non traité. Des observations au microscope optique ont été effectuées afin d’identifier l’origine des décharges à l’intérieur du mur diélectrique. Des prototypes de condensateur de plus grande échelle ont été fabriqués avec le même procédé. Ces prototypes ont mis en évidence un problème de fissuration, résolue par l’utilisation d’un plastifiant dans le mélange de la résine.

Enfin, un modèle élément fini 2D de condensateur a été réalisé afin d’étudier l’influence de la configuration des électrodes sur la distribution du champ. Les simulations ont montré qu’une configuration à électrodes décalées engendre une concentration de champs en extrémité d’électrode 40% supérieure à la concentration observée dans le cas d’électrodes alignées.

Les prototypes fabriqués par procédé VPI démontrent de bonnes performances électriques bien que leur niveau de décharges partielles soit encore trop important par rapport aux requis de l’industriel.

Titre traduit

Development of a dry high voltage capacitor

Résumé traduit

High voltage capacitors used in electricity distribution networks contain synthetic dielectric oils. These oils have a serious impact on the environment and new standards may prohibit their use. In this context, the company Condis wants to develop a dry high voltage capacitor whose electrical performances are equal to those obtained with a dielectric oil impregnated technology.

This thesis presents the development and the evaluation of two technologies for dry high voltage capacitors. The first technology uses prepreg composite materials and the second technology is based on the impregnation of a capacitor with thermoset resins. Spectroscopy measurements, partial discharges and dielectric breakdown tests were performed to evaluate the performances of these two technologies.

First, prepreg based capacitors were laminated from several commercially selected prepregs. The breakdown strenght of laminated capacitors is encouraging for a preliminary version although this technology presents many manufacturing challenges for producing a prototype.

Capacitive windings with different dielectric wall compositions were impregnated by VPI (Vacuum Pressure Impregnation) process with an epoxy resin and a silicone resin. Corona treatment of the polypropylene films proved to reduce significantly the level of partial discharges when compared to untreated films. Optical microscopic observations were made to identify the origin of the discharges in the dielectric wall. Larger scale capacitor prototypes were manufactured using the same process. These prototypes revealed cracks that were solved by adding a flexibilizer in the resin mixture.

Finally, a 2D finite element model was realized in order to study the influence of the configuration of the electrodes on the electrical field distribution. Simulations have shown that an offset electrode configuration results in a concentration of fields at the electrode edge 40% higher than the concentration observed in the case of aligned electrodes.

Prototypes manufactured by VPI process demonstrate good electrical performances although the level of partial discharges is high when compared to expected industrial standards.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 166-169).
Mots-clés libres:	condensateur, haute tension, préimprégné, VPI, claquage, décharges partielles
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Joncas, Simon
Codirecteur:	Codirecteur David, Éric
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	11 févr. 2025 20:39
Dernière modification:	11 févr. 2025 20:39
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2355

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