Etude du phénomène d'électrisation par écoulement sur les cartons des transformateurs de puissance - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Study of flow electrification phenomena on high power transformers pressboards

Etude du phénomène d'électrisation par écoulement sur les cartons des transformateurs de puissance

Résumé

Flow electrification phenomena in power transformers take place at the oil-cellulosic material interface. Oil flowing past the pressboard generates electrical charges at the interface: the pressboard becomes negatively charged, the oil becomes positively charged. This phenomenon can lead to electrical discharges and, in the worst cases, to the transformer failure. To protect power transformers from this phenomenon, the materials involved in the electric charge generation have to be studied in detail. The first experiments have shown that the chemical nature of the cellulosic pulp used to manufacture the pressboard has an influence on the electrical charge generation. The role of acidic functional groups ionisable at low pH, such as carboxyl groups, was studied in detail. Several additives, incorporated in the oil or in the cellulosic material, were tested to improve the understanding of flow electrification and find a remedy against it. An important work has been done testing the effect of different chemical salts to neutralise the carboxyl groups. Acido-basic compounds were added in the oil, and they reduced the charge generation. Moreover, interesting results were found with surfactants (charge inversion), especially with Triton X100. Finally, it was shown that one part of the charge generation is due to interactions between water and impurities contained in the oil with fibres carboxyl groups of fibres. Considering all the results obtained, interpretations concerning the physical chemical phenomena taking place at the interface have been proposed.
Les phénomènes d'électrisation par écoulement dans les transformateurs haute tension prennent naissance à l'interface entre l'huile minérale et les écrans de carton placés entre les bobinages électriques. L'écoulement de l'huile à la surface du carton génère des charges électriques à l'interface, positives dans l'huile, négatives dans le carton. Les charges positives sont transportées par l'huile jusqu'à ce qu'elles rencontrent des parties du transformateur reliées à la terre. En revanche, les charges négatives formées dans le carton s'y accumulent.
Afin d'inhiber ce phénomène d'électrisation, qui peut être à l'origine de claquage destructif du transformateur, il a été nécessaire d'étudier les matériaux mis en cause, en particulier le carton. Les premiers travaux ont mis en relief l'influence de la nature chimique des matières premières cellulosiques du carton kraft, et par la suite, ont porté une attention particulière à la présence ou à l'absence de fonctions ionisables à bas pH, les fonctions carboxyle.
La recherche d'un remède et la nécessité d'approfondir les connaissances sur le phénomène ont conduit à étudier l'influence de divers additifs, ajoutés dans l'huile ou dans le matériau cellulosique. Un travail important a été consacré à l'ajout de sels ioniques en vue de neutraliser les fonctions carboxyle. Les résultats se sont révélés significatifs mais de répétabilité variable. Puis, des additifs acides et basiques ont été testés, lesquels ont produit des atténuations de la charge générée. De plus, des résultats intéressants (inversion du signe de la charge) ont été obtenus avec des surfactants, tel que le triton X100. Finalement, il a été montré qu'une partie de la génération de charge est expliquée par les interactions entre l'eau et les impuretés contenues dans l'huile, d'une part, et les fonctions carboxyle du matériau cellulosique, d'autre part. A la lumière de tous les résultats obtenus, des explications quant aux processus physico-chimiques intervenant dans le phénomène d'électrisation par écoulement ont pu être proposées.
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Dates et versions

tel-00144284 , version 1 (02-05-2007)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00144284 , version 1

Citer

Audrey Bourgeois. Etude du phénomène d'électrisation par écoulement sur les cartons des transformateurs de puissance. Génie des procédés. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00144284⟩
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