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

Résumé

L'avancement de la recherche dans le développement de nouveaux types d'isolateurs plus performants destinés aux régions froides nécessite des investigations spécifiques sur les paramètres physiques et électriques qui influencent de façon directe ou indirecte la tension critique de contournement de ces isolateurs.

L'accumulation de la glace sur les isolateurs modifie considérablement leurs caractéristiques diélectriques et entraîne une diminution de leur tension de tenue. En effet, la couche de glace recouvrant les isolateurs devient plus ou moins conductrice en raison de la contamination et de l'injection d'impuretés à la surface durant le processus de givrage. Pendant un réchauffement causé par l'augmentation de la température ambiante, par les décharges couronne ou encore par le courant de fuite, un film d'eau se forme à la surface de la glace. Cette couche liquide est d'une conductivité plus élevée que celle de la glace à cause des impuretés rejetées à la surface. Ce phénomène provoque une augmentation des décharges électriques ainsi que l'amorçage de l'arc de contournement et, par la suite, une coupure électrique.

Des incidents graves provoqués par l'apparition de l'arc électrique sur les isolateurs des lignes et postes électriques recouverts de glace ont été rapportés dans plusieurs publications. Les chercheurs, qui ont étudié l'impact de la glace sur la fiabilité du transport de l'énergie électrique et surtout sur le contournement des isolateurs recouverts de glace, ont rapporté plusieurs cas d'incidents attribuables à la présence de la glace.

La présente thèse, entreprise dans le cadre des travaux de la Chaire industrielle sur le givrage des équipements des réseaux électriques (CIGELE) de l'Université du Québec à Chicoutimi, a pour but d'étudier l'influence des caractéristiques physiques d'une chaîne d'isolateurs standards IEEE recouverts de glace sur la tension de tenue de ces derniers.

L'influence de la variation du diamètre des isolateurs et de la répartition des intervalles d'air sur la tension de tenue ont été examinés en régime d'accumulation. Ainsi, les résultats obtenus montrent que la tension de tenue décroît avec l'augmentation du diamètre et varie selon la répartition des espaces d'air le long de la chaîne d'isolateurs. Cette répartition des espaces d'air le long de l'isolateur et son influence sur la tension de tenue sous les conditions de givrage ont été étudiées par la suite. On a conclu qu'une répartition symétrique des espaces d'air en bas, en haut et au milieu de la chaîne d'isolateur permet une meilleure tenue sous les conditions de givrage.

Les différents résultats expérimentaux ont été ensuite utilisés pour améliorer le modèle mathématique, développé à la CIGELE, en vue de l'appliquer sur des isolateurs réels. Ce modèle mathématique tient compte de la variation de la valeur de la conductivité de la surface de l'isolateur, de la longueur de l'isolateur, de la distance d'arc et de l'effet du diamètre moyen. Enfin, des expériences supplémentaires ont été réalisées sur un cylindre givré pour corriger la condition de rallumage de l'arc utilisée par ce modèle mathématique.

Ainsi, les travaux réalisés dans le cadre de ce projet ont contribué à une meilleure compréhension de l'effet de la géométrie de l'isolateur sur sa tension de tenue et à l'amélioration du modèle mathématique permettant de prédire les contournements électriques des isolateurs. De plus, ces résultats contribueront à améliorer la conception de nouveaux types d'isolateurs mieux adaptés aux conditions de précipitations atmosphériques froides.