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

Résumé

Dans les régions froides et montagneuses, la présence d'une pression atmosphérique plus faible ainsi que la présence de glace atmosphérique peuvent diminuer la performance électrique des isolateurs extérieurs utilisés dans les réseaux de transport d'énergie. Cette diminution de la performance électrique peut mener à des contournements d'isolateurs pouvant entraîner des interruptions partielles, voire totales, de la distribution électrique. Cette thèse a donc pour but d'étudier les processus et les mécanismes fondamentaux des contournements électriques d'isolateurs recouverts de glace polluée dans des conditions de pression atmosphérique faible. Cette étude contribuera à la compréhension du phénomène de contournement en haute altitude observé sur surface de glace polluée, au développement d'un modèle numérique de prédiction de la tension de contournement des isolateurs recouverts de glace et à la détermination des niveaux d'isolation externe des réseaux de distribution dans les régions froides en haute altitude.

Pour mener à bien cette recherche, deux modèles physiques de glace ont été utilisés: un échantillon de glace de forme triangulaire et un isolateur réel court recouvert de glace en régime humide. Une série d'études expérimentales systématiques a été effectuée à l'aide d'une chambre de basse pression utilisée à l'intérieur d'une chambre climatique aux laboratoires de la chaire industrielle CIGELE à l'UQAC. Le processus de contournement sous basse pression atmosphérique sur surface de glace a été étudié en détail, et les paramètres associés ont été enregistrés en utilisant une caméra à haute vitesse et un système d'acquisition. Ces paramètres incluent la tension appliquée, le courant de fuite, le temps de contournement, la longueur d'arc et le rayon de racine d'arc. Par la suite, l'influence des facteurs spécifiques tels que la pression atmosphérique, le type et la polarité de la tension appliquée, la conductivité de l'eau formant la glace ainsi que le profil de l'isolateur sur les performances de contournement des deux modèles physiques utilisés ont été déterminés, ainsi que leur influence sur les exposants m (la valeur de m indique le degré de l'influence de la pression atmosphérique sur la tension de contournement) correspondants à chaque modèle. En utilisant une électrode de mesure, les caractéristiques de tension-courant de l'arc électrique se propageant à la surface de la glace en condition de basse pression atmosphérique ont été étudiées sous des tensions CC et CA. Les constantes A, n d'arc ainsi que la chute de tension aux électrodes ont été déterminées pour des conditions diverses.

L'étude des résultats expérimentaux et les analyses théoriques ultérieures ont permis de proposer les mécanismes physiques spécifiques à la propagation de l'arc à la surface de la glace. Ces mécanismes physiques se traduisent par : l'ionisation thermique de l'air devant le pied de l'arc entraînant un mouvement de l'arc; la force électrostatique avec un effet auxiliaire d'entraînement de la propagation de l'arc et enfin, le claquage électrique ne se produisant que pendant le saut final du contournement.

De plus, une diminution de la tension de contournement a aussi été observée dans le cas des isolateurs recouverts de glace en condition de haute altitude. Ainsi, les quatre propositions d'explication de ce phénomène sont les suivantes: une diminution des caractéristiques de gradient de tension-courant d'arc, une augmentation de la densité du courant dans le pied d'arc, une diminution de la chute de tension des électrodes et finalement, les phénomènes d'arc flottant.

Basées sur les résultats et les déductions de cette étude, plusieurs recommandations ont été proposées pour de futures études.