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

Résumé

L'objectif de cette recherche est de conduire une étude à la fois expérimentale et numérique sur l'utilisation et l'optimisation d'anneaux de garde équipant une colonne isolante standard constituée de deux isolateurs de poste sous conditions de glace sévères. Le choix s'est porté sur une colonne isolante standard du fait qu'elles sont les plus vulnérables en termes de contournement sous conditions de glace sévères. Au meilleur de nos connaissances, très peu de recherches ont étudié l'influence des anneaux de garde sous conditions propre et encore moins sous conditions de glace.

Dans un premier temps, une étude paramétrique basée sur l'utilisation des éléments finis a permis de démontrer que l'optimisation de l'uniformité de la distribution de potentiel le long de la colonne isolante est réalisé en n'utilisant qu'un seul anneau placé sur l'électrode HT. dont la dimension et la position sont optimisées. Les résultats numériques et expérimentaux réalisés avec un seul anneau de garde standard sur l'électrode H.T. ont aussi démontré qu'une distribution plus uniforme de potentiel résulte en une distribution plus uniforme de glace le long de l'isolateur mais que cette uniformisation ne permet pas d'améliorer la tension de tenue de l'isolateur de poste sous conditions de glace sévères (15 mm d'épaisseur de glace radiale). Par conséquent, une meilleure uniformisation du dépôt de glace (moins d'intervalles d'air) résultant de l'utilisation d'anneaux de garde de forme standard ou optimisée n'est donc pas un gage d'amélioration des performances électriques sous glace d'une colonne isolante standard.

L'analyse des résultats issus de l'étude paramétrique a permis de démontrer qu'il existe un diamètre à partir duquel une séparation des lignes équipotentielles se produit, résultant en une dégradation de l'uniformité du potentiel au voisinage de la surface de la colonne isolante. Cette constatation ainsi que la solution apportée pour remédier à ce problème ont permis de proposer une utilisation originale des anneaux de gardes sous des conditions de glace. La solution consiste à relier électriquement le périmètre de l'anneau de garde à celui de l'électrode à l'aide d'un grillage métallique qui a pour autre fonction de protéger une partie de l'isolateur contre l'accumulation de glace, créant des intervalles d'air de grande dimension. L'anneau ainsi modifié se comporte donc comme une jupe auxiliaire sous condition de glace sévère mais avec une meilleure uniformisation de la distribution de potentiel sous conditions normales d'utilisation. Les résultats expérimentaux effectués avec deux anneaux de garde modifiés sur une colonne isolante ont montré une amélioration de 15% de la tension de tenue sous une accumulation de glace de 15mm d'épaisseur radiale par rapport à une colonne standard seule. Ce résultat obtenu est supérieur à celui obtenu avec les jupes auxiliaires sous des conditions identiques d'accumulation, ce qui démontre tout le potentiel de la solution proposée.

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The aim of this research is to carry out a study both experimental and numerical related to the use and optimization of the grading rings fitted on an insulating column consists of two standard post insulators under severe ice conditions. Our choice of a standard insulating column is motivated by the fact that this type of columns is most vulnerable in terms of flashover under severe ice conditions. Besides, to the best of our knowledge, very few studies have as yet handled the impact of grading rings under normal conditions, let aside under conditions of ice.

In the first place, a parametric study based on finite elements demonstrated that the optimization of the uniformity the potential distribution along the insulating column is achieved using only one ring placed on the HV electrode whose dimension and position are optimized. The ensuing numerical and experimental result is that a more uniform distribution of potential engenders a more uniform distribution of ice along the insulator. However, such standardization process does not allow the improvement the withstand voltage of the post insulator under severe conditions of ice (radial ice 15 mm thick). It follows that a better standardization of the ice deposit (settlement) (fewer air gaps) resulting from the use of standard or optimized grading rings is by no means a guarantee that the icecovered electric performance of a standard insulating column will be improved.

The analysis of the results the parametric study came to has permitted the demonstration that there exists a diameter on the basis of which a separation of equipotential lines takes place resulting in a degradation of the potential uniformity in the vicinity of the area of the insulating column. This observation, together with the solution put forth to settle this problem, has led us to suggest an original use of the grading rings under icy conditions. The solution consists in electrically linking the perimeter of the grading ring to the electrode with a metal grating which will, at the same time, protect a part of the insulator against ice accumulation, hence creating larger air intervals. The modified ring will thus stand as an booster shed in severe ice conditions; however though, it represents a better standardization of the potential distribution under normal conditions of use. The results of the experiments conducted with two modified grading rings fitted on an insulating column have shown a 15% improvement of the withstand voltage in 15 mm thick nice in comparison with a standard column. The result achieved is higher (better) than the one archived using booster shed in identical conditions of ice accumulation, which evidences the potential of the suggested solution.