Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Le fonctionnement fiable des transformateurs de puissance dépend en grande partie de leur système d’isolation électrique (solide/liquide). Pendant longtemps, l’huile minérale, un fluide dérivé du pétrole, a été utilisée comme liquide isolant. Cependant, en raison de ses inconvénients environnementaux et de son inflammabilité, l’attention s’est progressivement tournée vers les huiles esters naturelles en tant qu’alternatives durables. Bien que les esters naturels présentent un fort potentiel, ils posent encore d’importants défis qui freinent leur adoption généralisée dans les équipements à haute tension remplis de liquide. Parmi ces défis, la stabilité à l’oxydation de ces liquides, principalement liée à leur composition en acides gras, est la plus préoccupante. Pour surmonter cette limitation et améliorer la stabilité à l’oxydation, divers antioxydants ont été étudiés. Afin de contribuer à l’avancement des connaissances dans ce domaine, deux antioxydants (l’acide citrique et le tert-butylhydroquinone (THBQ)) ont été introduits dans deux liquides isolants à base d’esters naturels distincts. Ces échantillons ont ensuite été soumis à des tests de stabilité à l’oxydation et de vieillissement thermique accéléré pour évaluer la compatibilité entre les esters et les additifs antioxydants. Une méthodologie de réponse basée sur un plan factoriel complet a été utilisée pour déterminer la concentration optimale des mélanges d’antioxydants. Les principaux paramètres de réponse analysés étaient le facteur de dissipation, la viscosité et l’acidité. Les résultats, évalués par une analyse de la variance (ANOVA), ont révélé que la combinaison de 0,2 % en poids de THBQ et d’acide citrique offrait la meilleure stabilité à l’oxydation pour l’Ester Naturel 1 (NE1), tandis que 0,2 % de THBQ et 0,15 % d’acide citrique étaient les plus efficaces pour l’Ester Naturel 2 (NE2). Ces conditions optimales ont été appliquées dans le cadre du test de vieillissement thermique accéléré, et les résultats ont démontré que les échantillons traités avec des antioxydants présentaient des améliorations significatives en matière de stabilité. Cette étude apporte des informations précieuses sur le rôle des antioxydants dans l’amélioration de la stabilité à l’oxydation des esters naturels, offrant ainsi des perspectives prometteuses pour leur utilisation dans les systèmes de transformateurs de puissance.

The reliable operation of power transformers largely depends on their electrical insulation system (solid/liquid). The liquid insulation for long has been the mineral oil, a petroleum-based fluid. However, due to its environmental drawbacks and flammability, attention has increasingly shifted toward natural ester oils as sustainable alternatives. While natural esters show great promise, they still possess significant challenges which represent the primary barriers to their widespread adoption in liquid-filled high-voltage equipment. Among these challenges, the most prominent is the oxidation stability of this liquid, which can be attributed to its fatty acid composition. To address this limitation and improve oxidation stability, various antioxidants have been explored. To contribute the advancement of knowledge in this field, antioxidants (Citric acid and Tert-butylhydroquinone (THBQ) were introduced into two distinct natural ester insulating liquids. This was further subjected to oxidation stability test and accelerated thermal aging in order to understand the compatibility between the esters and antioxidant additives. A full factorial design response methodology was employed to determine the optimal concentration of the antioxidant mixtures. The primary response parameters analyzed were dissipation factor, viscosity, and acidity. The results assessed by analysis of variance (ANOVA), revealed that the combination of 0.2 wt.% THBQ and CA yielded the best oxidative stability in Natural Ester 1 (NE1), while 0.2 wt.% THBQ and 0.15 wt.% CA proved most effective for Natural Ester 2 (NE2). These optimal conditions were applied in the case of the accelerated thermal aging test and the results demonstrated that the antioxidant-treated samples showed significant improvements in stability. This study provides valuable information into the role of antioxidants in enhancing the oxidation stability of natural esters, offering promising advancements for their application in power transformer systems.