Effet de plusieurs gouttes sur la distribution électrique

Un modèle de simulation (figure 7.40.a) a été réalisé sur le cas HC2 de la figure 7.40.b, afin de voir l’influence de nombre des gouttes avec différents volumes et formes sur la distribution du champ et la tension électrique.

Les figures 7.41, 7.42 et 7.43 représentent les résultats de distribution de la tension et du champ électrique obtenus. D’après cette simulation, on peut voir sur la figure 7.40.b, la non uniformité de la distribution du champ électrique, en particulier au niveau des bords des électrodes en cuivre. Ceci est dû à la différence de la constante diélectrique des matériaux composant l’isolateur et l'air qui l'entoure [7.7].

a) Classe d’hydrophobicité b) Simulation de HC2

Figure ‎7.40 : Schéma d’un isolateur réel en 3D et classe d’hydrophobicité

chapitre 07 Répartition du champ et tension…

p.7.37

Figure ‎7.42 : Distribution du champ électrique

La figure 7.43 présente différentes coupes-surfaces en 2D pour les surfaces et les lignes du champ et de la tension électrique pour ce modèle.

À Figure 7.44 montre la répartition de la tension le long de l’isolateur en silicone. Il est à remarquer la non linéarité de la répartition le long de l’isolateur en silicone.

L'amplitude de l'intensité du champ électrique le long de l’isolateur est représentée en figure

7.45. On peut voir que l'intensité du champ électrique est beaucoup plus élevée (Emax =1.03 MV/m) dans la zone de jonction entre l’électrode et les ailettes.

chapitre 07 Répartition du champ et tension…

p.7.38

a) Lignes équipotentielles b) Surface du potentiel

c) Les lignes du champ d) La surface du champ

La distribution (X.Z) : En haute

Figure ‎7.43 :Différent coupes-surfaces en 2D [7.7]

Figure ‎7.44 : Distribution du potentiel

0 100 200 300 400 0 4 8 12 16 T en sio n é le ct riq u e (k V ) Distance (mm)

Avec deux gouttes

Plusieurs gottes Sans gouttes 270 280 290 300 310 320 8200 8400 8600 8800 9000 9200 9400 9600 9800 10000

chapitre 07 Répartition du champ et tension…

p.7.39

Figure ‎7.45 : Distribution du champ

7.5. Conclusion

L’objectif dans ce chapitre était d’étudier la caractéristique de la distribution du champ électrique sur la surface en silicone hydrophobe recouverte de gouttes d’eau.

Pour une goutte d’eau sur la surface de la plaque, l’intensification du champ électrique due à la présence des gouttes d’eau, notamment aux points de jonction des différents milieux (goutte d’eau, air et solide diélectrique) a été confirmée. Le champ électrique peut atteindre trois fois la valeur du champ électrique moyen appliqué.

Des facteurs tels que l’angle de contact, le volume des gouttes, leur nombre et la distance séparant deux gouttes adjacents ont une incidence notable sur l’amplification du champ électrique à la surface de l’isolateur.

Par contre, la forme et la conductivité de la goutte d’eau ne présente pas d’influence significative sur l’amplification du champ électrique.

Nous concluons que la présence de ces gouttes sur la surface de l’isolateur en silicone provoque une augmentation de l’intensité du champ électrique exactement au point triple (air, goutte d’eau et isolateur). Cette augmentation influe sur sa surface et peut lui faire perdre sa propriété hydrophobe et entraîner sa dégradation.

0 100 200 300 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 C h a m p é le ct riq u e (M V /m ) Distance (mm)

Avec deux gouttes Plusieurs gouttes Sans gouttes

Chapitre 08

CONCLUSIONS GENERALES ET PERSPECTIVES

8.1. Conclusion

L´objectif principal visé à travers ce travail est la quantification de l´effet de gouttes d´eau sur la tension de contournement d’une surface en silicone hydrophobe inclinée à champ non uniforme mise sous tension alternative.

Dans la première partie de ce travail nous avons présenté l’étude expérimentale sur l’analyse de l´effet de différents types d´arrangements de gouttes d´eau et l’influence de l’angle d’inclinaison sur la tension de contournement d’une surface d’isolation en silicone à champ non uniforme. Les résultats obtenus peuvent être résumés comme suit :

 Le recouvrement uniforme d´une surface isolante hydrophobe par de gouttes d´eau engendre la réduction de la performance de celle-ci ;

 Pour une surface interélectrode donnée et recouverte de gouttes d´eau, il existe un nombre de rangées limite au-delà duquel, la performance de l´isolation est minimale et constante. Cette valeur minimale dépend de la distance entre deux rangées successives des gouttes d´eau ;

 La création d´une zone sèche par élimination de la rangée de gouttes d´eau posée à la droite joignant les électrodes entraîne une élévation de la performance du système ;  Pour un angle d’inclinaison α = 0° de la surface isolante, la chute maximale de la

performance électrique entre sans et avec les gouttes d’eau est obtenue pour un volume d’eau égal à 120 µl. celle-ci est de l’ordre de 73% ;

 Pour un angle d’inclinaison critique compris entre 0 et 90° de la surface du polymère, recouverte de 5 rangées de gouttes d’eau de 45 et 60 µl de volume, il existe une valeur minimale de performance électrique correspondant à une chute de celle-ci s’élevant au total à 65% pour un volume des gouttes d’eau égal à 60 µl ;

 L’augmentation de la conductivité volumique des gouttes d’eau engendre la décroissance de la tension de contournement. Cela est dû au raccourcissement de la ligne de fuite sèche de l’isolation ;

 La tension de contournement diminue lorsque le volume des gouttes d’eau augmente et/ou la conductivité augmente. La chute de performance électrique de l’isolation

Conclusion générales et perspectives

p.8.2

est de l’ordre de 92% pour un volume d’eau Vg égal à 120µl et une conductivité

volumique de l’ordre de 2 mS/cm ;

 Il existe un intervalle d’angle d’inclinaison de l’isolation (α ≥ 50°) pour lequel sa performance électrique reste très proche de celle obtenue sans gouttes d’eau. Cet écart est de l’ordre de 18% pour des volumes des gouttes d’eau supérieurs ou égaux à 60µl ;  Le positionnement des gouttes d’eau par rapport aux électrodes joue un rôle essentiel

dans la réduction de la tension de contournement.

La deuxième partie concerne l’étude du comportement des gouttes d’eau sur la surface d’isolant en silicone hydrophobe sous tension alternative. Les résultats obtenus dans la deuxième partie montrent que :

 Pour une goutte d’eau sur la surface de la plaque, l’intensification du champ électrique due à la présence des gouttes d’eau, notamment aux points de jonction des différents milieux (goutte d’eau, air et solide diélectrique) a été confirmée. Le champ électrique peut atteindre trois fois la valeur du champ électrique moyen appliqué ;

 Des facteurs tels que l’angle de contact, le volume des gouttes, leur nombre et la distance séparant deux gouttes adjacents ont une incidence notable sur l’amplification du champ électrique à la surface de l’isolateur ;

 Par contre, la forme et la conductivité de la goutte d’eau ne présente pas d’influence significative sur l’amplification du champ électrique.

8.2. Recommandations

L’étude a offert une perspective évaluative sur les recherches expérimentales et théoriques sur la tension de contournement et la force de champ électrique initial des surfaces isolations polymériques en présence de gouttes d’eau et a été réalisée dans un laboratoire de haute tension par la variation de certains paramètres importants. En outre en conséquence directe de cette méthodologie, l’étude a rencontré un certain nombre de limitations, qui doivent être considérées. Pour générer des stratégies réalisables et des objectifs de développement en ce qui concerne la conception des isolateurs polymères compte tenu de leur fiabilité à long terme, il reste nécessaire d’effectuer davantage d’études pour permettre une évaluation plus poussée de la conception du sujet. Explorer ce qui suit comme de futures stratégies de recherche peuvent faciliter la réalisation de cet objectif :

 Le développement de la modélisation 3D par la méthode des éléments finis pour la dynamique des gouttes d’eau pour un calcul et une analyse du champ électrique plus précise et plus réaliste ;

Conclusion générales et perspectives

p.8.3

 Sur le terrain, de nombreux facteurs complexes et conditions environnementales peuvent affecter la performance des isolateurs en SiR. Il est suggéré que d’autres recherches soient effectuées pour simuler des conditions ambiantes sévères, telles que l’accumulation de glace et de poussière ;

 Les essais de la rampe à haute tension doivent être étendus pour étudier les performances de contournement de différentes conceptions d’isolateurs SiR en utilisant l’excitation HVDC ;

 Étude de la densité thermique de surface requise pour modifier la structure chimique du matériau isolant. La modélisation des bandes sèches et des décharges en fonction du nombre de cycles UV pourrait être réalisée à l’aide de COMSOL Multiphysics.

Devrait être prolongé l’essai de la rampe de pluie haute tension par la variation du débit, de la conductivité de l’eau de pluie et de la température. Cette modification permet de simuler la performance des isolateurs en SiR pour différents sites d’installation.