Calcul des composantes axiale et radiale du champ électrique

Tel que présenté dans la revue de la littérature, l’utilisation d’outils numériques est une excellente alternative aux mesures expérimentales. Les simulations numériques représentent la partie principale du présent projet de recherche. Ce chapitre, est consacré à l’étude de l’influence de la taille et de la position d’un défaut interne présent au sein d’un isolateur composite sur les composantes axiale et radiale du champ électrique. De plus, l’intérêt d’utiliser l’orientation du champ électrique à la surface de l’enveloppe d’un isolateur composite comme outil pour la détection d’un défaut interne est également examiné.

Les résultats préliminaires relatifs à l’influence des caractéristiques d’un défaut interne (position, taille) sur les composantes axiale et radiale du champ électrique le long d’un isolateur composite sont présentés. Un intérêt particulier a été porté sur la comparaison des distributions des composantes du champ électrique obtenues à l’extrémité des jupes et près de la surface de l’enveloppe de l’isolateur. Cela correspond respectivement à la position du vérificateur d’isolateurs et du capteur électro-optique (EO).

Isolateur utilisé pour les études numériques

L’étude a été réalisée avec le modèle numérique 3D d’un isolateur composite 28 kV dont l’enveloppe est en matériau thermoplastique élastomère (TPE).

Positions des différents défauts internes

Tous les défauts internes ont été modélisés sous la forme d’un cylindre de 1,5 mm de rayon ayant des longueurs différentes : 15 mm et 30 mm correspondant respectivement à 3,5% et 7% de la longueur totale de l’isolateur. Les défauts internes ont été positionnés à proximité de l’électrode haute tension (HT) conformément à la majorité des cas rapportés [16, 17] et au milieu de l’isolateur entre deux jupes . Pour chacune des positions, le défaut interne est situé entre la tige et l’enveloppe de l’isolateur afin de simuler l’initiation de la fracture interne .

Propriétés des matériaux

Chaque région du modèle numérique a été spécifiée avec les propriétés appropriées des matériaux. Des conductivités faibles mais différents de zéro (0) ont été attribuées au noyau et à l’enveloppe de l’isolateur, de même que l’air entourant l’isolateur .

Conditions aux limites

Pour toutes les simulations, la tension appliquée aux bornes de l’isolateur composite correspond à la tension de service entre phase et terre. L’une des électrodes est soumise à la valeur efficace de la tension simple du réseau tandis que l’autre électrode et les bords extérieurs de la région d’air entourant l’isolateur sont affectés au potentiel zéro (0).

Maillage

Après avoir terminé l’étape initiale de la construction du modèle, ainsi que la spécification des propriétés des matériaux et des conditions aux limites, le domaine entier est discrétisé en éléments finis de type tétraèdre pendant le processus de maillage. Afin d’améliorer la précision des résultats des simulations, un raffinement du maillage est réalisé dans la région de grand intérêt pour augmenter le nombre d’éléments et ainsi améliorer la précision de la solution. Le choix du nombre d’éléments est important et doit être équilibré. En effet, un nombre faible d’éléments peut réduire la précision des résultats de simulation, tandis qu’un grand nombre d’éléments augmente la taille du problème et entraine un temps de traitement long. Ainsi, il important de trouver un nombre optimisé d’éléments qui facilitera un temps de calcul plus rapide sans compromettre la précision du résultat.

Calcul des composantes axiale et radiale du champ électrique

Les composantes axiale et radiale du champ électrique ont été calculées le long de l’isolateur suivant une ligne de référence linéaire située respectivement à 3 mm de la surface de l’enveloppe et de l’extrémité des jupes (20-b). Cela correspond respectivement à la position du capteur EO et du vérificateur d’isolateurs.

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Table des matières

Chapitre 1: INTRODUCTION GÉNÉRALE
1.1. Introduction
1.2. Problématique
1.3. Objectifs
1.4. Originalité
1.5. Méthodologie
1.5.1. Étude numérique
1.5.2. Validation expérimentale
1.6. Organisation du mémoire
Chapitre 2 : REVUE DE LA LITTÉRATURE
2.1. Introduction
2.2. Les isolateurs composites
2.2.1. Constitution
2.2.2. Forces et faiblesses des isolateurs composites
2.3. Dégradations et modes de défaillance des isolateurs composites
2.3.1. Les contraintes électriques
2.3.2. Contraintes environnementales
2.3.3. Contraintes mécaniques
2.4. Les différentes méthodes de diagnostic en ligne des isolateurs composites
2.4.1. La méthode basée sur l’inspection visuelle
2.4.2. La détection acoustique et UHF
2.4.3. Thermographie Infrarouge (IR)
2.4.4. L’inspection Ultra-violet (UV)
2.4.5. La mesure du champ électrique.
2.4.6. Études numériques
2.5. État d’avancement des travaux de détection des isolateurs défectueux
par la mesure du champ électrique
2.6. Conclusion
Chapitre 3 : ÉTUDE NUMÉRIQUE D’UN ISOLATEUR COMPOSITE 38 kV
3.1. Introduction
3.1.1. Isolateur utilisé pour les études numériques
3.1.2. Positions des différents défauts internes
3.1.3. Propriétés des matériaux
3.1.4. Conditions aux limites
3.1.5. Maillage
3.1.6. Calcul des composantes axiale et radiale du champ électrique
3.1.7. Méthodologie générale de détection d’un défaut interne
CONCLUSION