Progress in DC Testing of Generator Stator Windings: Theoretical Considerations

Considerations and Laboratory Testing [8]

Dans cet article, une présentation théorique est donnée par l’auteur permettant de relier les propriétés diélectriques d’un système d’isolation statorique aux résultats des essais à courant continu et à la caractérisation diélectrique des différents systèmes d’isolation des machines électriques. L’équation du courant de charge qui traverse le système d’isolation statorique est formée autour de : la tension appliquée, la fonction de la réponse diélectrique f(t) et la résistance de fuite (Leakage Resistance) appelée RL qui est inversement reliée à la conductivité électrique. On considère que l’équation de la fonction de la réponse diélectrique f(t) suit une loi de puissance. L’auteur analyse deux cas : le cas où la tension appliquée est sous forme d’une fonction échelon de tension (Step Voltage) et le cas d’une fonction de tension en montée progressive (Ramped Voltage). Pour le premier cas deux courants sont déterminés, le courant de charge et le courant de décharge. Ils permettent une évaluation directe des paramètres

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inconnus des trois contributions du courant mesuré à savoir le courant capacitif, le courant d’absorption et le courant de conduction. Pour le deuxième cas, une solution analytique de l’équation du courant de charge n’est pas possible ce qui implique une solution numérique pour pouvoir extraire notamment la fonction de la réponse diélectrique f(t).

Des mesures de laboratoires à échelon de tension (Step Voltage Test) et à tension en montée progressive (Ramped Voltage Test) ont été réalisées en utilisant un système de mesure à deux électrodes actives. Ces mesures ont été conduites sur des barres et des bobines complètes ainsi que sur leurs parties droites seulement. Afin d’étudier la contribution de ces parties droites, deux types de mesures de garde (guarded measurements) ont été réalisés. Le premier en éliminant complètement la contribution de la partie anti-effluve (développante). Pour ce faire des petits anneaux de revêtement semi-conducteur ont été retirés aux niveaux des zones reliant les parties droites auxdéveloppantes. La deuxième mesure est effectuée en diminuant l’effet de la développante par l’utilisation des colliers de garde au début du revêtement anti-effluves sans déconnecter complètementles développantes.

L’auteur observe que pour les systèmes d’isolation utilisant des résines à base d’asphalte et d’ancien polyester du milieu des années 60 (symbolisé Polyester 2) les pertes diélectriques sont nettement plus élevées que pour les systèmes d’isolation moderne. De plus, les systèmes d’isolation utilisant des résines à base d’époxy et de polyester moderne (symbolisé Polyester 1) sont caractérisés par une conductivité très basse. Aussi, l’ordre de grandeur du courant d’absorption est différent et varie d’une technologie à une autre. Pour toutes ces technologies, l’équation du modèle du courant de charge est en bonne concordance avec les données expérimentales.

Des mesures sans garde ont été réalisées sur des barres et des bobines complètes. L’auteur remarque que la réponse diélectrique des développantes se superpose à celle des parties droites. Le revêtement anti-effluves pour la barre en époxy (symbolisé Epoxy 1) est basé sur le Carbure de Silicium (SiC), alors que pour la barre en époxy (symbolisé Epoxy 2) et la bobine en Polyester 1, il est à base d’oxyde de fer. Les mesures réalisées sur le système d’isolation en

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Epoxy 1, sont caractérisées par un pic de relaxation lié au mécanisme de polarisation inter- facial entre la fin du revêtement anti-effluves basé sur le SiC et l’isolation d’extrémité de barre ou de bobine [9, 10]. Ce même mécanisme cause une déformation des courbes des courants de charge et de décharge donnant une autre forme au courant d’absorption ne suivant pas une loi de puissance. En conséquence, il devient beaucoup plus difficile de calculer les paramètres inconnus de ce courant.

L’auteur recommande de déterminer les grandeurs du courant d’absorption jugées normales pour une isolation en bonnes conditions pour tous les types de technologie. L’auteur remarque que le type du système anti-effluves affecte grandement la forme et l’amplitude des courants de polarisation et de dépolarisation. La même remarque est enregistrée sur l’indice de polarisation IP qui est lui aussi fortement affecté, donnant des valeurs plus élevées que prévues dans le cas des barres avec un revêtement anti-effluves à base de SiC.

L’équation du courant de charge, donnée dans cet article, est valable en supposant que le système d’isolation se comporte linéairement. Cette linéarité est grandement affectée par la conception du système anti-effluves de la barre ou de la bobine. Les systèmes anti-effluves à base de SiC, peinture ou rubans, sont plus conducteurs que ceux à base de l’oxyde de fer et leur conductivité est fortement non linéaire sous une tension alternative (AC) ou continue (DC).

L’auteur rapporte, en se basant sur plusieurs mesures réalisées sur des barres et des bobines de différentes technologies, que la variation de la résistance d’isolation des systèmes d’isolation thermodurcissables modernes corrigées à 40˚C est plus faible que celle définie dans la norme [6]. Cette dernière n’est pas en concordance avec les valeurs mesurées.

Des mesures lors d’essais de montée progressive en tension (RT) ont été aussi réalisées sur des barres et des bobines. La résistance en série a été choisie afin d’obtenir une constante de temps de l’ordre de 10 secondes. Le modèle linéaire est déterminé à partir de l’équation du courant de charge après approximation en utilisant une régression linéaire par rapport au courant

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mesuré. Comme prévu, le courant d’absorption est plus élevé dans le cas d’une technologie en asphalte-mica que celle en époxy-mica.

L’auteur conclut que la présence de revêtements anti-effluves à base de SiC mènent généralement à un grand pic de relaxation spécialement à des tensions d’essai inférieures à 5kV et à une considérable diminution de la résistance d’isolation qui n’a rien à voir avec la qualité du système d’isolation.