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

Résumé

Le transformateur de puissance est une des composantes clé dans les réseaux électriques. N’importe quelle panne ou mise hors service imprévisible de cet élément peut entraîner des dommages dans les réseaux électriques et conduire à d’importantes pertes financières. Leur fiabilité est d’une telle importance qu'ils requièrent une surveillance particulière. Les défauts majeurs à l’intérieur du transformateur peuvent être liés à la réduction de la rigidité diélectrique, la réduction de l’intégrité mécanique du papier et aux défauts thermiques. Le problème principal du système d’isolation est l'incertitude de sa fiabilité due aux mécanismes mal compris du vieillissement et de la dégradation sous l’effet de diverses contraintes, notamment électriques, mécaniques, environnementales et thermiques. Ainsi, une compréhension complète des phénomènes de vieillissement est indispensable pour réaliser une prévision plus fiable de la durée de vie et pour développer des méthodes plus efficaces de surveillance des conditions de l’isolation. L’évaluation précise de l'état d'un composant du réseau électrique permet de prévoir son remplacement au moment optimal. L’objectif principal de ce projet est de développer et d’évaluer quelques procédures, techniques et outils de diagnostic pour l’évaluation de l’état et la durée de vie résiduelle des transformateurs approchant leur fin de vie. Pour cela, diverses techniques ont été utilisées pour l’étude de la détérioration et du vieillissement des isolants, dans le but d’identifier les phénomènes fondamentaux qui y sont impliqués, et d’établir la relation entre la dégradation des propriétés de l’isolation et les produits de vieillissement. La chaire de recherche du Canada ISOLIME est équipée d’outils de diagnostic (électriques et physicochimiques) à la fine pointe de la technologie, permettant de réaliser des tests selon les pratiques et standards internationaux (ASTM, CEI,…). Dans cette étude plusieurs types d’équipements sont utilisés. Certains nous aident à préparer les échantillons et réaliser le vieillissement dans ces différentes conditions, d’autres sont utilisés pour mesurer les différents paramètres diélectriques, chimiques et mécaniques des échantillons. Quelques résultats de l’estimation de l’état des systèmes d’isolation par des techniques alternatives sont présentés dans cette thèse. Également, l’évaluation de ces techniques et les méthodes d’interprétations qui y sont associées, sont présentées au cours de l’analyse du vieillissement. Différents aspects de vieillissement ont été analysés, à savoir la comparaison entre le vieillissement des huiles minérales et des esters, l’influence de l’oxygène sur le vieillissement, etc. Un autre volet de la thèse consistait à réaliser un réseau d’impédances en 3D pour simuler un mélange de diélectriques. Les réponses diélectriques de l'huile minérale, de l’ester et du carton imprégné d'huile ont été simulées. Les résultats obtenus à partir de la mesure ont permis de démontrer la validité du modèle électrique.

Power transformers are the key components of electrical networks. Any failure or unexpected outage of these major asset scan cause damage in power system and lead to important financial losses. Their reliability is so important that they require special monitoring. The major faults inside the transformer can be related to the reduction in the insulation dielectric strength and in the mechanical and thermal integrities. The main problem of the insulation system is the uncertainty of its reliability due to poorly understood mechanisms of aging and degradation under various stresses, including electrical, mechanical, environmental and thermal. Thus, a complete understanding of aging phenomena is essential to achieve a more reliable prediction of life expectancy and to develop more effective methods for monitoring insulation’s conditions. An accurate assessment of the condition of any component of the electric network will help predicting the optimal replacement time. The aim of this research project is to develop and evaluate procedures, techniques and diagnostic tools to assess the condition and remaining life of transformers approaching their end of life. For this purpose, various techniques have been used to study the deterioration and aging insulation, in order to identify the fundamental phenomena that are involved, and to establish the relationship between the degradation of insulation properties and aging by products. The Canada Research Chair ISOLIME is equipped with diagnostic tools (electrical and physicochemical) at the leading edge of technology to perform tests according to international standards (ASTM and IEC…). In this research project, several types of equipment were used. Some of them helped in preparing samples and performing aging under different conditions; while others were used to assess different dielectric parameters and chemical and mechanical properties of the insulation samples. The results of the evaluation of the insulation quality with the new techniques are shown in this thesis. Also, the assessment of these techniques and the methods of interpretations associated with it was made during the analysis of aging. Various aspects of aging were analyzed, such as comparison between the aging of mineral oils and esters, the influence of oxygen, etc. Another part of the thesis aimed to build a 3D impedance network to simulate a mixture of dielectrics. Dielectric responses of mineral oil, ester oil impregnated pressboard were simulated. The results obtained from the measurement demonstrated the validity of the electric model.