Dissertations / Theses: 'Décharge partielle'

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Martinez, Ruiz Erick Osvaldo. "Oxydation partielle du méthane dans un milli-réacteur plasma de type décharge à barrière diélectrique." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066736.

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Abstract:

Le gaz méthane est connu comme le gaz à effet de serre le plus ravageur. Les réserves mondiales actuelles de gaz naturel, qui contient principalement du méthane, sont sous-utilisées en raison des coûts de transport élevés. Subséquemment, un intérêt important est démontré dans la conversion du méthane en carburants liquides transportables et en produits chimiques d'importance pour l'industrie pétrochimique. L'une des principales solutions à ce problème est l'oxydation partielle du méthane (POM acronyme en anglais), cette réaction nécessite des pressions et des températures très élevées.L'oxydation partielle du méthane dans un milieu milli-plasma est une voie possible pour convertir le méthane en hydrocarbures supérieurs avec plus de valeur à conditions de température ambiante et pression atmosphérique. Dans ce contexte, un milli-réacteur plasma de type décharge à barrière diélectrique a été conçu pour l'oxydation partielle du méthane. Un mélange d'O2 / CH4 / Ar a été utilisé, à une haute tension CA (10,8 kV, 3 kHz) pour générer la décharge du plasma. Dans les conditions expérimentales, un environnement hautement réactif à température ambiante et pression atmosphérique a été généré, ce qui a conduit à une conversion du méthane jusqu'à 30 %. Les principaux produits de la réaction ont été identifiés comme le méthanol, l'éthane, l'éthane, le propane, l'hydrogène, le CO et le CO2. L'influence de l'énergie d'entrée spécifique (J / molmethanein), la composition du gaz, le débit sur la sélectivité au méthanol et la conversion du méthane ont été étudiés. Comsol Multiphysics 5.1 a été utilisé comme outil de simulation pour effectuer une première étude pour comprendre le mécanisme de la réaction impliquée dans la POM pour la production de méthanol. Deux modèles principaux ont été discutés, les modèles à l'échelle sinusoïdale et multi-temps. Ce travail définit les bases de la compréhension du POM pour la production de méthanol. Cette étude génère de nouvelles alternatives dans l'utilisation des technologies de miniaturisation afin de transformer efficacement le méthane en méthanol
Methane gas is known to be the most destructive greenhouse gas. The current world reserves of natural gas, which contains mainly methane, are underutilized due to high transportation costs. Thus, considerable interest is presently shown in conversion of methane to transportable liquid fuels and chemicals of importance to the petrochemical industry. One of the main solution for this problem is the partial oxidation of methane, actually this reaction requires a very high pressures and temperatures.The partial oxidation of methane (POM) in a milli-plasma environment is one possible route for converting methane to more valuable higher hydrocarbons at room temperature and atmospheric pressure.In that context, a Dielectric Barrier Discharge (DBD) transparent plasma-millireactor was designed for methane partial oxidation. A mixture of O2/CH4/Ar was processed into the reactor. AC high voltage (10.8 kV, 3 kHz) was applied to generate the plasma discharge. Under our experimental conditions, a highly reactive environment at room temperature and atmospheric pressure was generated, leading to methane conversion as high as 30 percent. The main products of the reaction were identified as methanol, ethane, ethane, propane, hydrogen, CO and CO2. The influence of the specific input energy (J/molmethanein), the gas composition and flow rate on the methanol selectivity and methane conversion were studied.Comsol Multiphysics 5.1 was used as a simulation tool to perform a first study to understand the mechanism of the reaction involved in POM for the production of methanol. Two main models were discussed, the sinusoidal and multi-time scale models. This work defines the bases for the understanding of the POM for the production of methanol. This study generates new alternatives in the use of miniaturization technologies in order to efficiently convert methane to methanol

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Sili, Elyse. "Étude et caractérisation des décharges partielles et du vieillissement du polyimide en environnement aéronautique." Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1922/.

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Abstract:

Les inquiétudes, entretenues d'une part par l'augmentation exponentielle de la consommation des énergies fossiles et d'autre part par le souci de préserver l'environnement, ont motivé les acteurs impliqués dans le domaine du transport à mettre en place des solutions alternatives. Une des solutions possibles est le développement des véhicules plus électriques, voire hybrides. Or le passage vers une nouvelle génération d'avion plus électrique exige l'augmentation de la puissance électrique embarquée qui peut être atteinte tout en préservant la masse embarquée à travers l'augmentation du niveau de tension. Cette augmentation de tension combinée aux contraintes imposées par l'environnement avionique : baisse de pression liée à l'altitude, cycles de température et variation du taux d'humidité, entrainent l'apparition de nouveaux phénomènes qui sont défavorables aux Systèmes d'Isolation Electrique (SIE) tels que les décharges partielles (DP). L'apparition de ces décharges dépend des conditions de fonctionnement et peut conduire à un vieillissement prématuré des matériaux isolants et donc du matériel électrique des systèmes embarqués. C'est dans ce cadre que s'inscrit le travail présenté dans ce manuscrit, dont l'objectif est d'évaluer l'impact des contraintes imposées en environnement aéronautique sur les caractéristiques des décharges et sur le vieillissement des isolants sous décharge. Dans un premier temps, des mesures de caractéristiques de décharges telles que leur seuil d'apparition et l'énergie dissipée en contraintes combinées (P, T, Hr), ont montré la présence de deux mécanismes de claquage qui régissent le développement de la décharge à gauche du minimum de Paschen suivant la valeur de la température appliquée. De plus, une étude menée sur la validité des expressions correctives introduites à la loi de Paschen a démontré leur validité sous pression atmosphérique. Pour des combinaisons de températures et de pressions, une nouvelle formule empirique pour le calcul de la tension de claquage a été proposée et validée pour des températures supérieures à 35°C. Ensuite une étude sur l'impact de l'environnement aéronautique ainsi que d'autres paramètres sur les caractéristiques de la décharge a été abordée. Il a été démontré que ses caractéristiques varient en fonction du paramètre appliquée (T, P, Hr, d, U), et cette variation a été expliquée en se référant au libre parcours moyen des électrons. Enfin, une étude sur l'influence de l'environnement aéronautique sur le comportement de l'énergie dissipée par les décharges et sur le vieillissement du polyimide a été menée, afin de trouver une relation entre ces deux grandeurs. D'après les résultats obtenus, il a paru difficile d'établir une relation directe entre ces deux grandeurs, et valable quelles que soient les conditions appliquées à cause, en particulier, de la variation des propriétés de la surface vieillie en fonction des conditions atmosphériques. Une relation plus pertinente entre la durée de vie et une autre caractéristique de la décharge a été proposée en considérant l'intensité des décharges. Il a été démontré que quelles que soient les conditions appliquées, la durée de vie et l'intensité des décharges sont inversement proportionnelles
The anxiety maintained on one hand by the exceptional increase in the consumption of fossil fuels and on the other hand by the concern for environmental protection has motivated the scientists who work in the transportation domain to find alternative solutions. So the aircraft industry is increasingly shifting towards more electrical technologies. Hence electrical systems with higher powers are required. However, the increase in electrical power demand to supply these alternative electrical systems requires higher voltages. Or increasing the supply voltage combined with the constraints imposed by the avionics environment (pressure drop due to the altitude, temperature cycles and variation of moisture) would introduce others, namely an increased probability of electrical discharge. Unwanted partial discharge (PD) in electrical systems can lead to the deterioration of solid insulation and consequently failure of whole components. The need therefore exists to understand the effect of environmental parameters on the PD characteristics and on the insulation lifetime which is the aim of this work. In the first part, we have been investigating the effect of low pressure combined with high temperature on the partial discharge characteristics as the ignition voltage and the dissipated energy. Results show two different behaviours related to temperature at the left of the Paschen minimum. In an attempt to explain these results, it appears that this effect is related to the presence of two different breakdown phenomena. Then the domain of validity of two corrective expressions on the Paschen's law found in the literature, in case of changing the air environment was investigated. Results show that these corrections are valid under atmospheric pressure. However, for combined variation of temperature and pressure a new empirical expression has been added and validated for temperatures higher than 35°C. In a second part, the aeronautic environment effects on the partial discharge properties were investigated. The obtained noticeable changes in the PD characteristics with temperature, pressure and humidity variations were presented and mainly explained on the basis of electron mean free path. Finally, after having investigated the effect of temperature, pressure, and moisture on discharge characteristics, we focused on the effect of these environmental parameters on the behaviour of the energy dissipated by the discharges and on polyimide film endurance during aging under partial discharge. The energy measurements were carried out in real time during aging tests and the relationship between the energies involved and the polyimide lifetime was investigated for different environmental conditions. Accordingly to these results, it seems difficult to establish a direct relationship between the energy dissipated and the material lifetime, even if it still valid in various conditions. This is mainly due to the interaction between the discharge by-products and the environment that affects the film endurance. A more effective relationship between lifetime and the discharge intensity has been found. It has been shown that the lifetime and the discharge intensity are inversely proportional regardless of the applied conditions

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Caliap, Lucian. "Etude de l'optimisation des isolants d'un point de vue diélectrique pour les contraintes du GIS." Phd thesis, Université de Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00585494.

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Abstract:

Cette étude concerne les isolants support, utilisés dans l'appareillage haute tension blindé sous pression gazeuse. La réduction de la taille du matériel est une demande constante pour des questions de coût. Elle impacte directement les isolants et l'optimisation diélectrique est rendue nécessaire. On peut considérer que les points qui nécessitent une attention particulière sont : La zone de point triple : point de jonction entre un isolant, le gaz et le métal, zone sensible aux décharges partielles et aux particules qui peuvent s'y accumuler. Les particules métalliques qui peuvent se trouver à l'intérieur du système haute-tension et les problèmes d'accumulation de la charge sur la surface de l'isolant qui peuvent réduire sa tenue diélectrique lors de l'application d'une surtension. Ces trois points représentent la base de départ de cette étude qui caractérise la multitude de phénomènes complexes qui apparaissent en présence de haute tension.

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Braci, Lamia. "Traitement d'effluents gazeux pollués par des mercaptans par procédé plasma non-thermique à pression atmosphérique : étude des mécanismes d'oxydation partielle en post-décharge." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066268.

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Abstract:

Dans l’étude présentée un plasma d’air non thermique généré à pression atmosphérique par une décharge à barrière diélectrique a été utilisé pour traiter un effluent gazeux pollué par une molécule mercaptan modèle, le butanethiol. L’objectif du traitement était d’oxyder partiellement le polluant cible pour former des produits d’oxydation qui puissent être piégés ensuite par absorption ou condensation. L’injection en mode décharge et l’injection en post-décharge pour ont été comparées pour (1) définir le mode d’injection optimal et (2) mieux comprendre la nature des espèces actives responsables de réactions d’oxydation. Il a été observé que dans les deux cas, les produits d’oxydation peuvent être piégés sur la paroi du réacteur avec une bonne efficacité et que le mode post-décharge permet d’obtenir les meilleurs résultats en terme d’élimination du butanethiol et de limitation des émissions de SO2. Les analyses conduites sur les produits d’oxydation ((GCMS, XPS. . ) ont montré que le soufre reste majoritairement sous forme oxydée dans les produits de décharge. Des composés tels que des acides sulfoniques et des sulfones ont été identifiés. Un mécanisme basé sur l’abstraction de l’hydrogène de la liaison –SH du butanethiol par le radical nitrate (NO3) a été proposé. La pertinence du mécanisme proposé a été validée par une simulation couplant un modèle de décharge, un modèle hydrodynamique et un modèle cinétique. La technique a été ensuite appliquée à un effluent réel complexe : la fumée de bitume. Dans ce cas également, la formation de produits d’oxydation soufrés condensables a été observée

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Galli, Giacomo. "Etude des décharges partielles dans une chambre à fission haute température." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC109/document.

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Abstract:

Le Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) a en charge la conception d'un réacteur à neutrons rapides de quatrième génération.L'instrumentation neutronique de ce futur réacteur s'appuiera sur des chambres à fission placées en cuve. Ces chambres à fission à haute température (CFHT) devront fonctionner à pleine puissance à une température comprise entre 400°C et 650°C.Un bilan récent de la technologie CFHT a révélé que certains points sont à améliorer afin d'en garantir une plus grande fiabilité.En particulier, on recherche une meilleure compréhension du phénomène de décharges partielles. Celles-ci engendrent des impulsions non discernables de celles produites par les fragments de fission du dépôt fissile.Par ailleurs, elles pourraient accélérer le vieillissement des isolants minéraux.En s'appuyant sur une démarche expérimentale et théorique, ce travail de thèse a apporté plusieurs résultats.Les tests sur les différentes chambres à fission ont permis de caractériser les signaux de DP, vis à vis des signaux neutroniques et de trouver une méthode efficace de discrimination DP-neutron. De la même manière, les signaux DP ont été localisés et une solution technologique a été proposée et mise en oeuvre avec succès pour les éliminer.Un outil de calcul pour la simulation des impulsions neutroniques a été conçu et testé avec succès.Une expérience sur l'effet de la température sur la courbe de Paschen, dans un volume de gaz fermé, a été conçue et réalisée en donnant les premiers résultats intéressants
The Commission for Atomic and Alternative Energy (CEA) is in charge of the fourth generation fast neutron reactor design. The instrumentation for neutron flux measurement of this future reactor will be based on fission chambers placed in-core. These high temperature fission chambers (HTFC) will have to operate at full reactor power, and thus at a temperature between 400°C and 650°C.A recent review of HTFC technology has revealed that some points need improvement to ensure greater reliability.In particular, a better understanding of the phenomenon of partial discharges (PD), which are observed in the fission chambers at high temperature, is needed. These PD pulses are indistinguishable from those produced by the products of fission caused by collision with neutrons with the fissile deposit within thechambers.In addition, they could accelerate aging of the ceramic insulators used in the chambers.Based on both experimental and theoretical approaches, this PhD work found several results.Tests on different fission chambers made it possible to characterize the DP signals vis-a-vis the neutron signals and to find an operational DP-neutron discrimination method. The DP signals were localized and a technological solution was proposed and successfully implemented to eliminate them.A calculation tool for neutron pulse simulation was also designed and tested successfully.An experiment on the effect of temperature on the Paschen curve, in a closed gas volume, was designed and carried out giving initial interesting results

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Romo-Guzman, Guillermo. "Détection acoustique et électrique des décharges partielles dans les isolants polymères sous contrainte continue ou alternative." Toulouse 3, 2006. http://www.theses.fr/2006TOU30099.

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Abstract:

Le travail présenté a pour but la détection acoustique des décharges partielles dans les films isolants polymères minces sous contrainte électrique continue. Les décharges partielles sont le nom donné aux décharges électriques induites par une contrainte électrique alternative ou continue et impliquant un volume donné d’un diélectrique situé entre deux électrodes. Elles sont à l’origine de l’accélération des processus de dégradation et de vieillissement des matériels isolants. La détection acoustique utilise les ondes ultrasoniques produites par les micro-décharges électriques au sein du diélectrique à l’aide d’un capteur piézoélectrique et a pour avantage d’être non envahissante et peu sensible aux interférences électromagnétiques. Dans ce travail, nous présentons le banc expérimental développé qui nous permet d’appliquer une tension continue ou alternative jusqu’à 10 Kilovolts et de détecter simultanément les décharges partielles par les méthodes acoustique et électrique, avec une sensibilité de 1 pico Coulomb. Le matériau étudié est le polyéthylène naphtalène 2 ,6 dicarboxylate (PEN), sous se forme semi-cristalline. Nous avons constaté une bonne corrélation entre les résultats donnés par notre détection acoustique de décharges partielles et l’évolution des charges d’espaces, la déformation mécanique induite par le champ électrique, la mesure de caractéristiques courant-tension et la mesure de l’électroluminescence
The purpose of the work presented is the acoustic detection of the partial discharges in thin polymeric insulating films under direct voltage. Partial discharges are the name related to electrical discharges induced by an electrical stress and involving a given volume of a dielectric placed between two electrodes. They are at the origin of the acceleration of the processes of degradation and ageing of the insulating materials. Acoustic method detects acoustic waves produced by electrical discharges within a dielectric using a piezoelectric sensor. The advantage of the acoustic methods is that they are non-invasive and insensitive to electromagnetic interference. In this work, we present the experimental set-up developed which enables us to apply a continuous or alternative tension of 10 Kilovolts and simultaneously to detect the partial discharges by the acoustic and electric method, with a sensitivity of 1 picoCoulomb. The studied material is the polyethylene naphthalene 2,6 dicarboxylate (PEN), under his formed semi crystalline. We noted a good correlation between the results by our acoustic detection of discharges partial and the evolution of the space charges, the mechanical displacement induced by a electric field, the electric conduction mechanism and the electroluminescence measurement

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Eismann, Benjamin. "Étude numérique et théorique des phénomènes liés aux hautes pressions dans les microdécharges." Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1315/.

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Abstract:

Une décharge dans un gaz à haute pression et à basse température (ie de l'ordre de la température ambiante) est un phénomène généralement instable (transition à l'arc), en raison de phénomènes divergents précisément dûs à la pression élevée. En se basant sur la loi d'échelle pression fois distance qui définit la tension de claquage, on arrive toutefois à créer des plasmas froids, stables et non-filamentaires, à pression atmosphérique, en ramenant les dimensions de la décharges à quelques centaines de microns. Les applications de telles décharges sont nombreuses, tant par la densité d'espèce réactive que l'on peut générer que par la faible tension nécessaire à son maintien et les économies réalisées en terme d'équipement, les systèmes de pompage n'étant plus nécessaires. Cela concerne par exemple la production d'excimère pour la génération de lumière, la production d'espèces réactives pour les applications biologiques ou le traitement des matériaux, ou encore l'affichage plasma. Mais le passage aux hautes pressions entraîne des effets pas encore bien compris au niveau théorique. En effet, à pression atmosphérique, la chimie dans les mélanges gazeux complexes va être modifiée, les effets thermiques jouent un rôle accru, la diffusion étant plus faible, jusqu'à la zone de gaine qui va être plus compacte et donc le champ électrique à la cathode plus élevé, modifiant ainsi l'interaction du plasma avec les électrodes. Par ailleurs, ces dimensions microscopiques et la pression atmosphérique concerne un autre type de décharges, les décharges partielles dans les défauts structurels des isolants, responsables de leur dégradation à très long terme. Ces décharges partielles ayant lieu dans des conditions similaires (volume et pression), l'étude des microdécharges peut alors être calquée sur cet autre problème afin d'en expliquer certains aspects mal connus. Le but de cette thèse est d'étudier les questions soulevées par le passage à haute pression et à dimension microscopique, en se concentrant sur l'étude numérique de la chimie d'un mélange complexe (He/O2/NO) dans une post-décharge, puis l'étude théorique de l'émission électronique secondaire par impact ionique et métastable sur une cathode métallique, et l'influence possible d'un champ électrique moyen (de l'ordre de 107 V/m) sur cette émission. Ces résultats sont ensuite adaptés à l'étude de l'émission secondaire sur une surface diélectrique, avec pour objectif de décrire son mécanisme sur le polyéthylène dans les décharges partielles
A non-equilibrium discharge at high pressure is generally an unstable phenomenon, because of feedback mechanisms due to this high pressure and leading to the arc. Starting from the p. D scaling law (pressure times distance) that defines the breakdown voltage, one can generate a cold, stable, non-equilibrium and non-constricted plasma at atmospheric pressure by turning down the discharge dimensions to some hundreds of microns. The applications for such discharges are numerous, from the point of view of the active species one can get with it, or the low voltage required for its sustainment, or the simplification of all the experimental equipment since pumping devices and vacuum proofed chambers are not necessary anymore. Those applications deal with excimers production for light generation, reactive species production for biological use or surface treatment or laser pumping, or plasma display. The fact is that many features of those microplasmas are not yet well understood. At atmospheric pressure, the kinetics of complex gas mixes is being modified, temperature plays an increased role due to lower diffusion, the cathode sheath is thiner therefore the electric field at its surface is higher, changing the interaction of the plasma with the electrodes. Besides, those small dimensions and this high pressure are the same conditions for another type of discharge, the partial discharges in structure flaws within isolating materials, these discharges being the cause of the long term ageing (and breakdown) of such materials. Since the partial discharges happen in conditions (pressure and distance) close to controlled microdischarges, some aspects of there study can be applied to the partial discharge problem which also needs some improvements in the description of certain of its processes. The goal of this thesis is to study the issues raised by the transition to high pressure and the downsizing of the geometry, especially by focusing on the numerical study of the kinetics of a complex mix (He/O2/NO) in a post-discharge, then the theoretical study of secondary electron emission by slow ion and metastable impact on a metallic cathode and the possible influence of a medium strength electric field (about 107 V/m) on this emission in the context of the simulation of a Micro Hollow Cathode Discharge. In a final part, those results are used to describe secondary emission on a dielectric surface, first MgO and then polyethylen, the aim being to improve the description of partial discharges in polyethylen

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Vu, Thi Anh Tho. "Etude de l'origine des décharges partielles sur des substrats céramiques enrobés." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00612433.

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Abstract:

Ce travail concerne l'étude du phénomène de décharges partielles dans les matériaux isolants utilisés en électronique de puissance. En utilisant des méthodes de détection électrique et optique, le mécanisme de décharge partielle sur des substrats d'AlN dans l'huile silicone a été étudié sur un grand nombre d'échantillons. La variation de la nature du substrat (AlN, Al2O3 et composite verre/époxy) et du matériau d'encapsulation (huile silicone, huile de colza, huile minérale de transformateur, liquide d'imprégnant du condensateur Jarylec et Ugilec) met en évidence l'origine des décharges partielles de l'ensemble substrat - encapsulant. Les décharges partielles sur les substrats céramiques frittés ne dépendent pas du passivant, et se produisent dans le volume du substrat. L'évolution temporelle de la lumière émise dans les liquides en configuration pointe - plan et sur le substrat dans différents liquides montre que l'émission de lumière est un phénomène très complexe influencé par de nombreux paramètres : électroluminescence du solide, de l'encapsulant, décharges partielles, absorption des matériaux. Le phénomène d'électroluminescence du liquide est activé par une illumination extérieure. Les mesures de spectroscopie diélectrique haute tension n'apportent pas d'information supplémentaire sur le phénomène de décharges partielles, car les pertes correspondantes sont très faibles. Mots clés : Décharge partielle, électroluminescence, Nitrure d'aluminium, Alumine, huile silicone, diélectrique liquide, électronique de puissance.

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Ouss, Etienne. "Caractérisation des décharges partielles et identification des défauts dans les PSEM sous haute tension continue." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEC024.

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Abstract:

Cette thèse s’inscrit dans le contexte de la surveillance des postes sous enveloppe métallique (PSEM) en courant continu (DC). La disponibilité de ces équipements étant primordiale pour leurs utilisateurs, il est nécessaire de disposer d’un outil de surveillance (monitoring) permettant de prévenir toute défaillance. Cet outil doit être capable de détecter et d’identifier les défauts présents, afin d’apporter une réponse adaptée. Depuis de nombreuses années, le monitoring des PSEM en AC est réalisé grâce à la mesure des décharges partielles (DP). Malheureusement, les connaissances des DP dans les PSEM en DC sont encore lacunaires, et les techniques d’identification des défauts sont intrinsèquement liées à l’environnement AC. De nouvelles techniques sont donc nécessaires en DC.Ce travail de thèse avait pour but de caractériser les décharges partielles dans les postes sous enveloppe métallique en tension continue, et de mettre en place une solution de reconnaissance automatique des défauts. Pour cela, un banc de mesure des décharges partielles a d’abord été mis en place. Afin de garantir la pertinence des résultats pour des systèmes industriels, les travaux ont été réalisés dans une section de PSEM sous tension continue. Le comportement des DP a été étudié pour deux types de défauts : des pointes sur le conducteur haute-tension et des particules libres métalliques. La caractérisation a porté sur l’influence de plusieurs paramètres : la nature et la pression du gaz, le niveau et la polarité de la tension. La mesure des DP a d’abord été réalisée en conformité avec la norme IEC 60270, permettant ainsi d’évaluer la pertinence de cette méthode pour les applications DC. La caractérisation a été complétée grâce à d’autres chaînes de mesure : une mesure de courant stationnaire, une mesure de courant haute-fréquence, une mesure de lumière, et une mesure des ondes ultra-haute fréquence (UHF). Le travail sur l’identification des défauts a d’abord consisté à construire une signature pertinente à partir des mesures de DP, puis à constituer une base de données, et enfin à implémenter un algorithme de reconnaissance automatique.Ces travaux ont montré que la méthode conventionnelle de mesure des DP présente certaines limites pour la détection des décharges partielles en DC, notamment pour les décharges couronne. Elle a tout de même permis de faire une bonne partie du travail de caractérisation. Les résultats obtenus avec les autres chaînes de mesure utilisées ont permis d’expliquer les lacunes de la méthode conventionnelle. Ils ont également permis un véritable apport pour la caractérisation des DP engendrées par des défauts de type pointe et particule. Enfin, une classification automatique efficace des défauts a été mise en place. Elle s’appuie sur le diagramme q(Δt) issu des données de la mesure conventionnelle des décharges partielles et sur un algorithme de réseau de neurones
The framework of this thesis is the monitoring of High-Voltage, Direct Current (HVDC) Gas-Insulated Substations (GIS). The availability of these equipment is crucial for electrical networks operators. That is why they need a preventive diagnosis tool. The solution must be able to detect and identify the insulation defects, so that an appropriate maintenance can be planned. The last 40 years have seen Partial Discharges (PD) measurement become a classic monitoring tool for AC GIS. Unfortunately, there is a lack of scientific information about PD in HVDC GIS, and the known defect identification techniques are very specific to the AC environment. New techniques are thus needed in DC.This thesis aimed to characterize partial discharges in DC gas-insulated substations, and to develop an automatic defect identification tool. The first step of this work was the development of a partial discharge measuring bench. The complete study has been performed in a GIS section, so that the results can be directly applied to industrial equipment. Two kinds of defect have been investigated: protrusions on the high-voltage conductor, and free metallic particles. The influence of parameters such as gas nature and pressure, voltage level and polarity has been evaluated. First, PD have been measured in conformity with the IEC 60270 standard, and the relevance of this method in a DC environment has been evaluated. Then, other measuring chains have been used to improve the characterization of partial discharges: a steady-state current measurement, a high-frequency current measurement, a light measurement and a measurement of Ultra-High Frequency (UHF) waves. Finally, a relevant signature for defect identification has been designed and extracted from DP recordings. A database has been constituted, and an automated recognition algorithm has been implemented.The results show that the conventional PD measurement technique is not fully adapted to partial discharges detection in DC, corona discharges being the most problematic situation. Nevertheless, this method has brought enough information to start the characterization of PD. The limitations of the conventional method have been explained thanks to the results of the other measurements. These other experimental results have led to an actual improvement of the characterization of protrusion and particle-generated partial discharges. An effective automated defect classification solution has been implemented. The signature is derived from the q(Δt) diagram that has been extracted from the data obtained with the partial discharge conventional measurement. The identification algorithm has a neural network structure

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Xiao, Song. "Research on insulation performance of SF6 substitute CF31/CO2 under power frequency voltage and the influence of micro-moisture on CF31." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30184/document.

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Abstract:

Les appareillages utilisant des gaz de coupure se sont fortement développés dans les réseaux haute et ultra-haute tension de par leur grande stabilité, leur faible maintenance, faible surface au sol, et leur configuration flexible. De nos jours, le SF6 est utilisé comme gaz principal dans la majeure partie des équipements de coupure haute tension, mais il reste un gaz à effet de serre dont les émissions sont néfastes pour l'environnement. Il devient donc indispensable de trouver des solutions alternatives au SF6 dans ces dispositifs électriques, comme son remplacement par des gaz moins polluants. Dans une optique de certification, des tests sont réalisés systématiquement pour évaluer les caractéristiques d'isolation du mélange sous une tension de fonctionnement, ici du CF3I/CO2. Les caractéristiques isolantes du gaz pur CF3I et des mélanges CF3I/CO2 sont testées sous différents types de défaut et l'influence des particules métalliques est évaluée au travers des propriétés thermodynamiques et des propriétés de transport d'un plasma CF3I contaminé par ces particules. Les performances globales du CF3I/CO2 (électriques et thermiques) sont donc évaluées sous des contraintes typiques et pour des matériaux métalliques différents. Enfin, l'impact de l'humidité (aléatoirement présente dans les dispositifs) sur la tenue diélectrique de l'appareil est étudié car sa présence peut avoir des conséquences dramatiques
A large amount of gas insulated equipment are applied widely as the key part of power system. Gas insulated equipment develop quickly and used widely in high and ultra-high voltage field owing to its high stability, less maintenance work, smaller floor space, and flexible configuration. Nowadays, SF6 is adopted as the main insulation medium of gas insulated equipment, which is considered a kind of dangerous greenhouse gas to environment. Global climate warming caused by greenhouse effect brings disastrous consequences to our living conditions. Electric devices account much for the emission of SF6, which makes it urgent to find a kind of environment-friendly substitute insulating gas. Besides, the decomposed products of SF6 under discharge may be corrosive to internal material and poisonous to power workers. In the early period of global research and development of environment-friendly insulated devices, mastering the formula and key technique of substitute gas is vital to electrical development. According to the above circumstance, systematic investigation of the insulating characteristics of CF3I/CO2 mixed gases under power-frequency voltage was carried out firstly, which could provide useful information for the best mixed ratio of CF3I/CO2 and the design of internal structure in matching devices. Then insulating characteristic of CF3I/CO2 and CF3I were tested under a kind of normal insulating defect of free metal particles defect, and the influence of metal particles on the thermodynamic characteristics and transmission properties of CF3I discharge plasma were calculated theoretically. The overall performance of CF3I/CO2 under typical defects were tested for the choice of internal metal materials of electrical devices. Finally, the influence of moisture, the main hazardous material on gas insulated equipment, on the insulating performance of CF3I were conducted experimentally and theoretically, which proved the harmful effect of moisture on the new insulating medium and provided theoretical foundation for the standard constitution of moisture content

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Babicz, Sylvain. "Etude diélectrique des isolants plats anodisés pour la conception de machines électriques." Thesis, Artois, 2016. http://www.theses.fr/2016ARTO0204/document.

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Abstract:

L’augmentation de la classe de température des machines électriques tournantes atteint son maximum avec des vernis organiques spéciaux pouvant supporter jusqu’à 280 °C. La rupture technologique se trouve alors dans la substitution d’un vernis organique par une matière inorganique. La famille des céramiques répond aux critères. Ces céramiques sont de bons diélectriques et résistent à de fortes températures. Dans ces travaux, le conducteur étudié se présente sous la forme d’un ruban et se compose d’une âme conductrice en aluminium, dont la couche isolante a été obtenue par le processus électrochimique d’anodisation. Ce processus permet de faire croître sur l’aluminium une couche d’alumine de quelques micromètres. L’objectif de ces travaux de thèse est de caractériser ce type de conducteur pour démontrer la possibilité ou non de l’utiliser comme conducteur pour la réalisation de bobinages pour des machines dites « hautes températures », pouvant fonctionner jusqu’à des températures ambiantes de 400 °C. Des mesures de TADP, TEDP, tensions de claquage sont effectuées sous des conditions environnementales variables (hautes températures, températures négatives, humidité variable). Les actionneurs réalisés avec ce type de conducteur seront alimentés par un convertisseur provoquant des fronts raides et des surtensions. Un modèle théorique de bobine est donc proposé, basé sur l’étude du spectre d’impédance de celle-ci, et permettant de prédire l’amplitude du premier dépassement suite à un front raide. L’amélioration de l’isolation des bobines se fait par une imprégnation à l’oxyde de bore, après confection des bobines, renforçant la couche d’alumine sur les bords du ruban
The use of state of the art organic enamels, capable to withstand 280 °C, makes the temperature class increase of electrical machine reaching its maximum. A technological breakthrough can be found by the substitution of organic enamel by a ceramic based insulation. Those materials are good dielectrics and their temperature resistance is very high compared to a classical technology. In this work, the studied conductor is an aluminum tape which insulation is obtained by an anodisation, an electrochemical process. This surface treatment makes the aluminum oxidizing: a thin layer of a few micrometres is obtained, thus representing the insulation layer of the conductor. The objectives of those PhD works is to identify and characterize this particular type of conductor so as to demonstrate the ability of using an anodized aluminum tape to makeelectrical machine running up to 400 °C. Measurements of PDIV, PDEV, and breakdown voltage are carried under various environmental conditions (temperatures varying from -70 °C up to 650 °C, variable humidity level). The use of an inverter to supply this high temperature machine induces steep fronts and over voltages. As a consequence, a theoretical model of a coil, made with this kind of conductor, is then proposed and based upon the impedance spectrum of the coil. The aim of this model is to help the designer to predict the first over voltage amplitude and to make the insulation of the first coil according to that. At least, a coil insulation improvement is depicted, using boron oxide: an impregnation is held to reinforce the alumina layer on the edge of the tape

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Hammal, Redouane. "Décharges partielles dans les condensateurs tout-film imprégnés." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1998. http://www.theses.fr/1998GRE10006.

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Abstract:

Les decharges partielles ont ete mesurees sur des modeles de condensateurs tout-film dont le dielectrique est du polypropylene (pp) impregne. Ces cellules ont ete alimentees en haute tension alternative. L'influence de l'epaisseur de dielectrique ou des armatures ainsi que les effets de la temperature et du vieillissement ont ete examines. Les representations n() et q#m#o#y() du nombre et de l'amplitude des decharges dans la phase de la tension alternative servent a caracteriser la source de ces decharges : decharges en bord d'armature dans un modele de condensateur sans defaut ou decharges generees par des defauts artificiellement introduits dans la cellule d'etude (defaut d'impregnation, defaut de contact, cavite dans un film de pp, film de pp plie). Le but de cette caracterisation est la constitution d'une base de donnees qui servira a la reconnaissance de la source des decharges sur des appareils industriels et permettra d'estimer la duree de vie de ces appareils. Les tensions d'apparition et d'extinction des decharges partielles (tadp et tedp), l'evolution des decharges en fonction du temps ou de la tension appliquee sont des elements qui servent a la caracterisation des decharges. Cette tache se fait egalement au moyen de parametres calcules a partir des distributions n() et q#m#o#y(). Ces parametres peuvent etre les moments d'ordre 3 et 4 ou bien les parametres que nous avons introduits dans cette etude et qui sont les parametres de position et le parametre d'efficacite energetique. Ces deux derniers parametres sont les plus efficaces car ils permettent a eux seuls de differencier la plupart des cas etudies.

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Muslim, Joko. "Study of dielectric liquids as alternative encapsulant for high temperature electronics power modules applications." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT109.

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Abstract:

La recherche et le développement sur les matériaux semi-conducteurs ont permis de transformer la technologie des dispositifs électroniques de puissance, avec une densité de puissance, des performances thermiques et un dimensionnement plus compacts. Ils permettent aux appareils de fonctionner à des tensions, températures et fréquences de commutation plus élevées dans les modules de puissance. Pourtant, ces développements ne sont pas suivis de la même manière par d’autres éléments, tels que les encapsulants.Avec un matériau d'encapsulation récent, à savoir un gel de silicone, la température maximale de fonctionnement ne peut pas dépasser 200 ° C alors que les dispositifs à semi-conducteurs WBG sont très supérieurs (par exemple, du SiC à 500 ° C). Il s’agit là d’un obstacle majeur car il joue un rôle important dans la protection mécanique et électrique d’un module de puissance. Dans ce travail, nous proposons des liquides diélectriques comme agent d’encapsulation alternatif pouvant avoir une performance thermique supérieure au gel de silicone. Les caractérisations diélectriques de plusieurs candidats ont été effectuées dans le cadre d’une cellule d’essai spécialement conçue, capable de chauffer à haute température dans un environnement contenant de l’azote afin d’éviter les risques d’incendie et d’oxydation. Nous avons mesuré la conductivité de liquides soumis à une variation de température en appliquant une spectroscopie de champ alternatif dans une large plage de mobilité fréquentielle et ionique sous une variation de polarité inverse en courant continu. Nous étudions l'influence de la température et de la pression sur les pannes avec des champs quasi uniformes et divergents, ainsi que des décharges partielles, aussi bien dans les liquides que dans les substrats céramiques noyés dans des liquides, afin de démontrer leurs applications dans les modules de puissance. Des modèles numériques ont également été développés par simplification à partir des résultats de spectroscopie diélectrique afin d'estimer et d'observer la distribution de champ à un point triple critique.Enfin, nous présentons une comparaison de candidats liquides et de gel de silicone pour montrer leurs avantages et leurs inconvénients pour les applications d’électronique de puissance à haute température. Néanmoins, ces travaux ne couvrent pas tous les aspects fondamentaux et d’applications tels que le vieillissement thermique, la capacité de refroidissement des liquides, etc., ces résultats ont établi une bonne base pour les liquides diélectriques dans les applications à haute température
Todays, power electronics cover wide range of applications in our daily life, starting from household appliances, communications, transportation systems up to harsh and extreme environment as in oil and gas exploration and the deep space missions. The main deliveries of power electronics are energy efficiency, compact size, reliability, long durability. Improving power electronics will surely mean to deal with materials, the packaging system, switching technologies, heat dissipation, dielectric properties, thermal stability etc. It was since the first arc-mercury rectifying in traction system, and then reshaped by the discovery of classical semiconductor (Si based) and ultimately the wide bandgap semiconductor materials, such as SiC, GaN and carbon based (diamond). They have superior thermal and dielectric properties compared to previous classical semiconductor technologies (Ge, Si and GaAs), and allow devices to operate at higher voltage, temperature and switching frequency in power modules. Unfortunately, these developments are not equally followed by other parts within, such as encapsulant.Despite their key roles to provide mechanical and electrical protection inside a power module, silicone gel as major encapsulant is limited to 200°C, which is far below devices (e.g. SiC at 500°C). Encapsulant came from polymerization and curing process of silicone liquids mixture and transforms into gel. They worked very well when assembly with classical SC devices, but not with WBG SC. Thus, it is necessary to solve this thermal related issue by improving silicone gel or start looking for other type of encapsulant with better thermal performance such as dielectric liquid or gas.Dielectric liquids have been used as insulating medium for high voltage (HV) applications for decades. Their excellent self-healing and arc quenching properties were used in the HV circuit breaker applications even though nowadays replaced by gas. Their low viscosity allow the fluid flow to exchange heat from internal source yielding effective cooling system as in power transformers. Other industries use dielectric liquids as heat transfer liquid at much higher temperature range compare to those in HV applications. Of course as heat transfer liquids, their dielectric properties are out of considerations. Nevertheless, having this wide range of applications spectrum, dielectric liquids seem rather promising and potential as alternative encapsulant. Some questions then aroused such as how are their electrical properties at high temperature (HT) approx. 400°C, are their dielectric properties stable at HT and can they contribute to cooling of devices inside power module.This work presents the initial study of dielectric liquids for HT power electronics module applications. We demonstrated the electrical characterization of several dielectric liquids under influence of temperature such as dielectric spectroscopy and ion mobility measurement, partial discharge, streamers and breakdown. Interesting physical phenomena such as liquid motions due to EHD and natural thermal convection were observed during experiments. Comparison among liquids are showed to indicate the most convenient. In term of application, conditions were adapted and simplified to replicate as those in power module when we performed characterizations to actual ceramic substrates under quasi-uniform to highly divergent electric field with AC, DC and impulse voltage. Many fundamental behaviours of liquids have been confirmed and evidenced at HT range. Governing parameters for electrical properties such as breakdown, charge injection etc. were affirmed.While not all aspects of encapsulant requirement in term of HT are covered, this work has established essential basis for electrical properties of dielectric liquids. Further works are required to fully assess their compatibility as alternative encapsulant, such as thermal ageing process, cooling contribution, complete modelling, etc

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Debruyne, Hervé. "Caractérisation et localisation de sources de décharges partielles dans un enroulement." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2000. http://www.theses.fr/2000GRE10053.

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Abstract:

Differentes sources de decharges partielles ont ete caracterisees par la mesure de grandeurs electriques telles que les impulsions de courant de dp, la charge des dp, etc. A travers cette caracterisation, les erreurs de mesure de charge dues a l'utilisation de circuits integrateurs inadaptes ont ete mises en evidence. Differentes etudes de la propagation des signaux electriques ont ete menees sur une maquette d'enroulement mais aussi sur un transformateur de puissance de la centrale thermique de montereau. Les mesures ont montre le role fondamental de l'impedance de mesure sur la qualite des mesures effectuees en bout de bobinage. Elles ont aussi demontre la complexite des modes de propagation. Deux methodes de localisation de sources de decharges partielles ont ete mises en uvre sur la maquette d'enroulement. Nous avons ainsi pu reveler leurs limites d'application. Pour remedier a ces inconvenients, nous proposons une nouvelle methode de localisation des sources de dp. Son principe est base sur l'etude des rapports des spectres des courants terminaux, qui sont caracteristiques de la position du defaut. Cette technique necessite de pouvoir comparer les resultats experimentaux a des courbes de reference. Celles-ci sont obtenues a l'aide d'un outil de simulation hautes frequences efficace jusqu'a quelques mhz. La comparaison des resultats mesures et simules a mis en evidence la faisabilite de la methode que nous avons developpee.

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Danouj, Boujemâa. "Caractérisation des signatures de décharges partielles en utilisant une nouvelles génération de coupleurs piézoélectriques." Mémoire, École de technologie supérieure, 2012. http://espace.etsmtl.ca/1086/1/DANOUJ_Boujem%C3%A2a.pdf.

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Abstract:

Une problématique importante qui affecte la pérennité des transformateurs de puissance est la détérioration progressive et systématique du système d’isolation par l’action des décharges partielles (DP). Idéalement, il est opportun d’employer en service des techniques non destructives pour la détection et le diagnostic des défaillances liées aux systèmes d’isolation, dans le but de déterminer si une intervention de maintenance préventive est requise. Ainsi, d’énormes pertes matérielles peuvent être épargnées, tout en améliorant la fiabilité et la disponibilité du système. En s’appuyant sur une nouvelle génération de capteurs piézoélectriques (High Temperature Ultrasonic Transducers HTUTs), mise récemment au point à l’Institut de Matériaux Industriel (IMI) de Boucherville (Qc., Canada) et qui offre de très bonnes caractéristiques (large bande de réponses fréquentielles, flexible, miniature, économiques, etc.), nous proposons dans cette thèse une investigation sur l’applicabilité de cette technologie à la problématique des décharges partielles. Ce travail présente une analyse des performances métrologiques de ces capteurs et démontre la cohérence de leurs mesures. De plus, il expose les résultats de validation issus d’une étude comparative avec les mesures d’un système conventionnel et reconnu dans l’industrie. En outre, il présente aussi le potentiel de ces capteurs à localiser le foyer des décharges partielles par émission acoustique.

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Boukadoum, Redouane. "Étude des décharges partielles et de leur transition à l’arc dans la connectique aéronautique du futur." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC019/document.

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Abstract:

Dans le cadre du projet d’avion plus électrique entamé depuis quelques années, l’objectif visé est le remplacement des énergies hydraulique et pneumatique par l’énergie électrique. Cette transition technologique drastique nécessite une augmentation de puissance électrique à bord des avions, qui se traduit par une élévation des niveaux de tension du réseau embarqué (+/- 270 VDC et 230 VAC). Dans ces conditions, les phénomènes de décharges électriques doivent être considérés, en particulier pour les systèmes présents dans les zones non pressurisées des appareils. Les travaux de thèse ont porté sur l’étude des décharges partielles dans des connecteurs aéronautiques aujourd’hui exploités et susceptibles d’être mis en oeuvre dans les nouvelles conditions de tension. Une modélisation électrostatique du connecteur a été effectuée dans le but de mettre en évidence les zones où règne un fort champ électrique pouvant être à l’origine de l’apparition de décharges partielles. L’influence de paramètres, tels que la géométrie des conducteurs, la pression et la température, a été examinée d’un point de vue théorique par adaptation de la courbe de Paschen. Des mesures expérimentales, effectuées dans différentes conditions d’alimentation électrique, de pression, de température et d’état de vieillissement des connecteurs, ont permis de déterminer les tensions seuil d’apparition des décharges partielles. Ces mesures ont également permis de localiser les décharges au sein du connecteur, et ainsi d’identifier les points faibles de la structure. Des solutions visant à repousser les seuils d’apparition de décharges partielles sont alors proposées
The objective of the more electrical aircraft project is the replacement certain of the hydraulic and pneumatic systems by electrical ones. This drastic technological transition will require the increase of the onboard electrical power, which will result in the increase of voltage levels of the embedded networks. Current systems of 28 VDC and 115 VAC (400 Hz) are to be replaced by +/- 270 VDC and 230 VAC (360 to 1000 Hz). These new conditions of voltage levels will have a significant impact on the appearance of partial discharges that were almost absent up until present. Aeronautical grade electrical connectors being one of the major elements of embedded networks, the aim of this thesis is to study the conditions of occurrence of partial discharges in them. In this work, electrostatic modeling is carried out in order to identify the zones within the connectors where there is a strong electric field facilitating the appearance of partial discharges. Also presented are the results of experiments under both DC and AC voltage in which the ignition voltages of partial discharges and their location within the structure of the connector were studied

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Lévesque, Mélanie. "Étude des taux de dégradation de barres d'alternateurs soumises à des décharges partielles d'encoche sous différentes contraintes." Mémoire, École de technologie supérieure, 2008. http://espace.etsmtl.ca/618/1/L%C3%89VESQUE_M%C3%A9lanie.pdf.

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Abstract:

Cette recherche vise à améliorer nos connaissances sur les décharges partielles d'encoche qui surviennent entre la surface de l'isolation de masse des barres du stator et celle du noyau magnétique des alternateurs à 13.8 kV. En fonctionnement normal, les barres du stator sont soumises à différentes contraintes électriques, thermiques et mécaniques qui influencent l'évolution de la dégradation de leur isolation de masse. En conséquence, l'objectif de cette recherche est d'établir la différence des taux de dégradations des barres d'alternateurs soumises à des décharges partielles d'encoche sous différentes contraintes. Pour ce faire, six barres échantillons avec des défauts sur le revêtement semi-conducteur sont divisées en trois groupes de deux barres. Par la suite, ces barres sont vieillies électriquement en continu selon trois situations, vieillissement électrique seul, vieillissement électrique avec contrainte thermique et vieillissement électrique avec contraintes thermique et mécanique. Selon un horaire déterminé, le vieillissement est périodiquement arrêté afin de réaliser des mesures de caractérisations sur chacune de ces barres. Essentiellement, ces mesures périodiques sont des mesures de décharges partielles, des courants de polarisation et dépolarisation, de la conductivité de surface des défauts et de celle des mises à la terre, du profil de surface (rugosité) et finalement, d'une inspection visuelle. Après 1295 heures de vieillissement, les résultats obtenus des mesures périodiques de caractérisations ont démontré une dégradation superficielle de la surface de l'isolation de masse et différente dans les trois conditions de vieillissement.

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Khedim, Ahmed. "Vieillissement des varistances à base d'oxyde de zinc soumises à des décharges partielles dans l'hexafluorure de soufre." Toulouse 3, 1992. http://www.theses.fr/1992TOU30061.

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Abstract:

Apres la presentation des mecanismes de conduction dans les varistances et la mise en evidence de la probabilite de presence de decharges partielles au sein d'un parafoudre par une simulation, un dispositif de vieillissement par les decharges est mis en place. L'etude et la realisation d'une enceinte hermetique contenant plusieurs cellules a decharges constituent une premiere partie de ce memoire. La methode de mesure des decharges partielles utilisee est celle de simons et nous permet de determiner directement l'energie des decharges par cycle. Les varistances utilisees sont soit revetues de verre ou d'une resine epoxy, soit nues. Les parametres etudies sont le niveau des decharges, la polarisation des echantillons, l'humidite initialement contenue dans le gaz et l'influence du dispositif experimental. Nous montrons que ces varistances se degradent dans l'hexafluorure de soufre, en presence de decharges partielles. Ce vieillissement se traduit par une forte modification des caracteristiques electriques des varistances et par une corrosion de la surface et du revetement. Les modifications des proprietes electriques sont dues a la formation, durant le vieillissement, d'un depot acide et conducteur. Des analyses chimiques sont effectuees sur les produits solides de la decomposition deposes sur les varistances afin de mieux comprendre ce phenomene

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Parzani, Céline. "Modélisation mathématique d'expansion de plasma et de décharges électriques." Toulouse, INSA, 2003. http://www.theses.fr/2003ISAT0019.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la modélisation mathématique et numérique de deux phénomènes physiques. Dans une première partie, nous traitons l'expansion d'une bulle de plasma dans le vide avec émission d'un faisceau d'électrons à l'interface plasma-vide. A partir du système Euler-Poisson à deux espèces (ions, électrons), une analyse asymptotique conduit à un modèle quasineutre à courant constant (nul ou non) pour le plasma et à une loi de Child-Langmuir pour le faisceau. Le couplage de ces deux modèles est réalisé soit en imposant un terme de pression à l'interface, soit par la recherche d'une onde de transition à l'interface. En une dimension d'espace, les hypothèses de modélisation sont validées numériquement en utilisant un schéma de type volumes finis avec un traitement spécifique de l'interface. Le modèle à courant nul dans le plasma est ensuite étendu au cadre bidimensionnel et des simulations sont obtenues par une méthode Lagrange-Projection avec une reconstruction de l'interface fluide-vide par une méthode de type VOF (volum of fluid). La deuxième partie de la thèse porte sur la modélisation des décharges électriques sur les satellites. Un modèle de type Boltzmann en une dimension d'espace est proposé et approché numériquement par une méthode particle-in-cell. Les résultats numériques montrent la formation d'un nuage électronique très dense
We are interested in the mathematical and numerical modeling of plasma expansion in vacuum when an electron beam is emitted from the plasma-vacuum interface. From the Euler-Poisson system for each species (ions, electrons), we perform an asymptotic analysis yielding a quasineutral model for the plasma region with a constant current (vanishing or not) and a Child-Langmuir law for the beam region. These two models are connected either considering a pressure term concentrated at the plasma-vacuum interface, either through a transmission layer problem. In one space dimension, a numerical validation of these hypothesis is proposed using a finite volume method with a psceific treatment of the plasma-vacuum interface. Next, the asymptotic model with zero-current in the plasma is derived in the two dimensionnal case. Numerical simulations are obtained using a Lagrange-Projection method with an interface representation deduced from a VOF method. The second part of the thesis is concerned with the modeling of electrical discharges occuring on satellites. A Vlasov model with boundary operator is proposed. An Hilbert expansion gives a Boltzmann-type model in one pace dimension, which is numerically approximated by a particle in cell method. The numerical results show that a high density plasma is obtained

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Benmamas, Loucif. "Méthodes d’évaluation du risque de décharges partielles dans le bobinage de machines électriques destinées à la traction automobile." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS451/document.

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Abstract:

Une machine électrique utilisée pour un entraînement à vitesse variable est généralement alimentée par un convertisseur statique dont les composants électroniques de puissance commutent extrêmement rapidement. De ce fait, chaque enroulement statorique de la machine est soumis à des fronts raides de tension dont la répartition sur les différentes spires qui le constituent dépend notamment des capacités parasites entre spires ou entre spires et carcasse. Des zones locales de fort champ électrique apparaissent dans le bobinage conduisant souvent la création d'une activité de décharges partielles. Ce travail de thèse a pour but de fournir des informations quantifiées et précises quant aux risques encourus lorsque divers paramètres liés à l'alimentation de la machine et la topologie du bobinage varient permettant de contribuer à acquérir une expertise vis à vis des problèmes liés à l’apparition de décharges partielles au sein des bobinages, et à en déduire des règles de conception
Electrical machine used in variable speed drives are usually fed by a converter using fast switching power electronics devices. Thus, each stator winding of the machine is subjected to steep-fronted voltage pulses whose distribution over its various turns depends on the parasitic capacitances between turns or between turns and slot walls. Therefore, local areas of high electric field appear within the coil, often resulting in partial discharges activity. This thesis aims to provide accurate and quantified information regarding partial discharge inception when various parameters related to the machine power supply and winding topology so as to help develop expertise with respect to problems related to partial discharges, as well as to deduce machine design rules in this regard

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Acheen, Robin. "Détermination et impact de l'existence de décharges partielles dans une chaîne de traction ferroviaire utilisant des composants à base de SiC." Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30161.

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Abstract:

L'introduction de composants à base de SiC dans les chaînes de conversion électromécanique du ferroviaire, si elle présente de nombreux avantages, peut avoir des conséquences sur la fiabilité de l'ensemble des systèmes d'isolation des machines. Il s'agit donc, pour des fréquences de commutation de 1 à 5 kHz, et des dV/dt variant de 15 à 30 kV/µs, d'être capable de garantir des durées de vie des systèmes de l'ordre de 40 ans (ou 200 000 h). La question qui se pose est donc de savoir de quelle marge disposent les systèmes d'isolation des équipements actuels en prévision du passage aux composants à base de SiC. Il s'avère donc nécessaire de déterminer si dans les conditions normales de fonctionnement de la chaîne des phénomènes qui n'existaient pas préalablement (ou dont les conséquences n'avaient pas forcément été appréhendées de manière spécifique) vont apparaître avec le passage aux composants à base de SiC. Il s'agit principalement des Décharges Partielles et de leur développement dans les machines et plus précisément dans l'isolation entre spires, entre phases ou par rapport à la masse. L'objectif de la thèse consiste donc à étudier l'influence des contraintes électriques imposées par les composants SiC sur les isolants des machines. Pour cela, une première phase de caractérisation des contraintes électriques permet de rendre compte des contraintes réellement subies par la machine. Ces contraintes sont ensuite reproduites dans une seconde phase sur des échantillons représentatifs qui sont ainsi soumis à un vieillissement accéléré, et qui permettent d'établir des lois de vieillissement ainsi que d'étudier la dégradation des isolants sous l'effet des contraintes appliquées
The introduction of SiC-based components in the electromechanical chain presents numerous advantages, but has consequences on the reliability of the insulation systems in the machine. For switching frequencies up to 5 kHz, and dV/dt varying from 15 to 30 kV/µs, a system lifetime of around 40 years (or 200 000 hours) must be guaranteed. The question that arises is to know what margin insulation systems of the current equipment have. It is thus necessary to determine whether, under normal operating conditions, phenomena that did not previously exist or were not completely apprehended will appear with the transition to SiC-based inverters. One of these phenomena is Partial Discharge (PD) and its development in machines, and more precisely in the turn-to-turn, turn-to-ground, and phase-to-phase insulation systems. Therefore, the objective of the thesis is to study the influence of the electrical stress imposed by SiC-based components on the insulation of machines. To do so, a first phase of electrical stress identification allows accounting for the constraints undergone by the machine. In a second phase, these constraints are reproduced on representative samples, which are thus subject to accelerated aging, in order to establish aging laws and to study the degradation of the insulation systems under stress

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Koliatene, Flavien. "Contribution à l'étude de l'existence des décharges dans les systèmes de l'avionique." Toulouse 3, 2009. http://thesesups.ups-tlse.fr/496/.

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Abstract:

Grâce aux progrès réalisés dans le domaine de l'électronique de puissance, la puissance électrique embarquée dans les véhicules de transport (automobile, ferroviaire, maritime. . . ) est en constante augmentation. Cette évolution est aussi en train de se produire dans les aéronefs conduisant inévitablement à une augmentation du niveau de tension. La souplesse de contrôle, la maintenance facilitée ainsi que le coût sont les atouts supposés des systèmes dits " Plus électrique ". Cependant, la mise en place de systèmes plus électriques peut conduire à l'apparition de phénomènes défavorables aux systèmes d'isolation électrique tels que des décharges. Une étude sur les conditions d'initiation des Décharges Partielles (DP) est donc apparue nécessaire pour garantir la fiabilité des systèmes d'isolation et donc de l'ensemble de la chaîne de puissance électrique. C'est dans ce cadre que s'inscrit le travail qui est présenté dans ce manuscrit. Une attention particulière est portée à la caractérisation expérimentale de l'existence de DP dans les systèmes électriques embarqués dans les aéronefs. Ceci est lié, d'une part, à l'environnement spécifique (pression, température, humidité,. . ) et, d'autre part, à l'augmentation du niveau de tension. Jusqu'à très récemment, ce phénomène n'était pas pris en compte dans les spécifications des équipements électriques embarqués, compte tenu du faible niveau de tension fonctionnement (115V AC et 28V DC). Nous rappelons tout d'abord l'évolution et le besoin en puissance électrique dans les nouvelles générations d'avions de plus en plus électriques. Un état de l'art sur les mesures de DP est ensuite présenté. La phénoménologie de décharges électriques dans l'air et notamment la loi de Paschen sont exposées. .
Thanks to the progress realized in power electronics field, the electric power embarked on the transport vehicles (automobile, railroad, maritime. . . ) is in constant increase. This evolution is also occurring in aircrafts, leading inevitably to an increase of the voltage level. The control flexibility, the facilitated maintenance as well as the cost are the assumed assets of systems called "More Electric". However, the implementation of more electric systems can lead to the occurrence of unfavourable phenomenons to the insulation electrical systems such as discharges. It seemed therefore necessary to develop a study on initiation conditions of Partial Discharges (PD) to guarantee the reliability of insulation systems which is the whole chain of electric power. It is in this frame the work relates to and it is presented in this manuscript. A particular attention is carried out concerning the experimental characterization of the PD existence in the electric systems embarked in aircrafts. This is bound, on one hand, to the specific environment (pressure, temperature, humidity) and, on the other hand, to the increase of the voltage level. Until very recently, this phenomena was not taken into account in the specifications of the embarked electric equipments, considering the low functioning voltage level (115V AC and 28V DC). We remind first of all about the evolution and the need in electric power in the new generations of more and more electric aircraft. A state of the art on the measures of PD is then presented. The phenomenology of electric shocks in the air in particular Paschen law are explained. Finally, corrective expressions coming from the literature are presented and discussed. Then we present the bench test worked out allowing, on one hand the characterization of the electric strain of the air under controlled atmosphere (pressure, temperature and relative humidity) and on the other hand the measures of PD under avionics constraints. .

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Sadaoui, Fares. "Comparaison des caractéristiques électriques et optiques des décharges glissantes sur différents types d'isolateurs dans le CO2, le SF6, le N2 et leurs mélanges à différentes pressions." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00985379.

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Abstract:

Le présent travail porte sur une étude comparative des caractéristiques optiques et électriques des décharges glissantes se propageant aux interfaces solide/gaz sur des isolateurs de verre, de Bakélite et de résine époxy en présence des gaz N2, CO2 et SF6 et des mélanges SF6/N2 et SF6/CO2, sous tension continue et alternative (50 Hz), en géométrie pointe - plan. L'objectif est de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans l'initiation des décharges partielles et leur évolution et développement en décharges surfaciques (glissantes) lesquelles peuvent conduire au contournement des composants et systèmes haute tension. Les résultats obtenus montrent que la morphologie et la longueur finale (d'arrêt ou d'extension maximale) des décharges surfaciques dépendent de la forme et de l'amplitude de la tension, de l'épaisseur et de la nature du solide isolant, du type du gaz/mélange et de sa pression. Il est montré que la longueur finale des décharges Lf augmente quasi-linéairement avec la tension. Lf diminue lorsque la pression du gaz et/ou l'épaisseur du solide augmentent. Cette longueur est plus courte dans le SF6 que dans le CO2 ou le N2 ; et elle diminue significativement lorsque le taux du SF6 dans le mélange de gaz augmente. Par ailleurs, pour une tension donnée, Lf augmente avec la constante diélectrique de l'isolant solide. La longueur finale des décharges est nettement plus élevée sous tension alternative que sous tension continue. La morphologie des décharges glissantes générées sous tension continue et alternative est généralement non radiale; leur orientation est fortement influencée par la présence des charges d'espace présentes ou déposées sur la surface de l'isolateur. Une analyse fractale des décharges glissantes obtenues expérimentalement sous tension continue est également réalisée et une corrélation entre la dimension fractale, la pression du gaz, la constante diélectrique et l'épaisseur du matériau solide est mise en évidence. En particulier, la dimension fractale augmente lorsque la constante diélectrique augmente et/ou l'épaisseur de l'isolant solide diminue et/ou la pression du gaz diminue.

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Morette, Nathalie. "Mesure et analyse par apprentissage artificiel des décharges partielles sous haute tension continue pour la reconnaissance de l'état de dégradation des isolants électriques." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS006.

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Abstract:

Le phénomène de décharges partielles (DP) est considéré comme l'une des principales causes de dégradation des matériaux isolants utilisés dans l’appareillage haute tension. La mesure de DP constitue un outil d’évaluation efficace pour le contrôle et le diagnostic des systèmes d’isolation électriques. Dans la perspective de stimuler le développement des énergies renouvelables, le transport de l’énergie électrique sous courant continu est économiquement avantageux. Cependant, la relation entre les caractéristiques des décharges partielles et l'état de dégradation de l'isolation des câbles sous haute tension continue (HVDC) n'est à ce jour, pas clairement établie. Dans cette thèse, une méthodologie a été développée pour la reconnaissance de l’état de dégradation des matériaux isolants à partir de la mesure de DP sous tension continue. Plusieurs dispositifs expérimentaux ont été conçus pour la mesure de DP au sein de différents types de câbles sous HVDC. Afin de collecter des signaux utiles au diagnostic des systèmes d’isolation, les signaux parasites doivent être éliminés. La discrimination des signaux de décharges partielles des signaux de bruit a été effectuée au sein de systèmes d’isolation électriques variés, à travers l’implémentation de méthodes d’apprentissage artificiel. Une fois les bases de données exemptes de signaux parasites, des techniques d’extraction, de classement et de sélection de variables, combinées à l’utilisation de méthodes de classification, ont été mises en œuvre pour la reconnaissance de l'état de dégradation des systèmes d'isolation électrique sous DC. Des scores de reconnaissance proches de 100% ont été obtenus
Partial discharges (PD) are one of the key drivers of degradation and ageing of insulating materials used in high-voltage switchgear. Consequently, partial discharges measurement has become an essential assessment tool for the monitoring of insulation systems. Given the continuing growth of renewable energy, the transport under direct current (DC) is economically advantageous. However, the relationship between partial discharges characteristics and the degradation of cables insulation under high voltage direct current (HVDC) remains unclear. In this work, a methodology is proposed for ageing state recognition of electrical insulation systems based on PD measurements under DC. For this purpose, original measuring devices have been developed and PD measurements were performed within different cable types under HVDC. In order to ensure a reliable monitoring and diagnosis of the insulation, noise signals must be eliminated. This thesis tackles the problem of the discrimination of partial discharge and noise signals acquired in different environments by applying machine learning methods. The techniques developed are a promising tool to improve the diagnosis of HV equipment under HVDC, where the need to discard automatically noise signals with high accuracy is of great importance. Once disturbances were eliminated from the databases, ageing state recognition was performed on different cable types. The feature extraction, ranking and selection methods, combined with classification techniques allowed to obtain recognition rates up to 100%

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Marchal, Alexandre. "Étude et conception d’un nouveau système intégré à une plateforme de monitoring pour la détection des décharges partielles en UHF pour les équipements électriques." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2019. http://theses.univ-cotedazur.fr/2019AZUR4025.

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Abstract:

La société SENSeOR a développé un système dédié à la surveillance de la température pour les équipements moyenne/haute tension afin d’éviter certaines pannes pouvant avoir des conséquences majeures sur le réseau d’énergie électrique. Cependant, des phénomènes autres que l’augmentation de la température sont aussi présents dans ces équipements à l’instar des décharges partielles (DP) dont la détection permettrait d’établir un diagnostic fiable et efficace de l’état de santé de l’appareil. C’est ce que propose le travail de recherche présenté. Pour cela, nous présenterons les caractéristiques définissant l’isolation d’un système électrique et les différentes propriétés régissant le phénomène de décharge partielle. Nous exposons également les problématiques et objectifs ainsi que l’intérêt d’opter pour la méthode UHF comme méthode de détection et pourquoi cibler des topologies d’antennes de type Ultra Large Bande (ULB) en tant que capteurs de DP, et en quoi ce type d’antenne, constitue un allié fort dans la détection des DP. La conception d’une nouvelle antenne ULB imprimée et miniature adaptée au contexte de détection des DP, à savoir un environnement restreint de type cavité métallique telle qu’une cellule moyenne tension AIS (Air Insulated Switchgear) est ensuite présentée ainsi que la technique utilisée pour élargir sa bande passante. La dernière partie de ce travail est consacré à l’élaboration du système complet de détection UHF des DP avec la description des développements hardware et logiciel. Enfin, les différents tests mis en place en laboratoire et in-situ afin de valider et caractériser le système conçu sont présentés
SENSeOR has developed a system dedicated to the temperature monitoring for medium and high voltage equipments in order to avoid certain failures that could have major consequences on the electrical grid. However, phenomena other than the increase of the temperature are also present in these equipments like partial discharges (PD) whose detection would make it possible to establish a reliable and effective diagnosis of the apparatus state of health. This is what the presented research work suggests. For this, we will present the characteristics defining the insulation of an electrical equipment and the different properties of the partial discharge phenomenon. We also expose the problems and objectives as well as the interest to focus on the UHF method as a detection method and why targeting on Ultra-Wide Band (UWB) antenna topologies as PD sensors, and why this type of antenna, is a strong ally in the PD detection. The design of a new printed and miniature UWB antenna usable in a harsh and restricted environment, typically a metallic cavity of a medium-voltage cell, is then presented along with the technique used to widen its bandwidth. The last part of this work is dedicated to the development of the complete UHF PD detector with the description of hardware and firmware developments. Finally, various tests set up in laboratory and in situ in order to validate and characterize the designed system are presented

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Bezborodko, Pierre. "Etude des mécanismes de décharges partielles dans des cavités gazeuses au contact d'isolants solides ou liquides : relations avec le phénomène de gassing des liquides." Grenoble INPG, 1988. https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01848260.

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Abstract:

L'etude concerne les decharges partielles (d. P. ) dans les cavites gazeuses entre electrodes planes et paralleles, sous haute tension alternative, une des electrodes etant recouverte d'isolants liquides ou solides. L'amplitude et le nombre des decharges, mesures a l'aide d'un pont a quatre capacites et la repartition spatiale de l'emission lumineuse, enregistree a l'aide d'un intensificateur d'image sont obtenues simultanement. Les mesures de courants instantanes sont enregistrees avec un oscilloscope a memoire de 400 mhz. Pour des epaisseurs de gaz variant de 0,05 a 1 mm, nous etudions l'influence des parametres suivants: renouvellement du gaz, illumination uv, presence de surfaces paralleles au champ electrique, conditionnement des electrodes et des surfaces isolantes, sur l'apparition de trois types de decharges appeles ad-p (forte amplitude), b-dp (amplitude moyenne) et c-dp (amplitude non mesurable). Nous montrons que les a et b-dp correspondent a un regime de streamers et les c-dp a un regime de townsend. Les trois types de dp sont aussi observes dans des cavites gazeuses entourees de liquide d'impregnation des condensateurs. Nous interpretons leurs proprietes de gassing, i. E. Leurs facultes d'absorption des gaz sous l'effet des dp, a l'aide des observations faites sur les phenomenes de decharges dans les gaz

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Billard, Thibaut. "Off-line and on-line partial discharges detection in low voltage motors of electric vehicle fed by a PWM inverter using non-intrusive sensor." Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2555/.

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Abstract:

Pour faire varier la vitesse d'un moteur d'une voiture électrique, un onduleur de tension avec une modulation de largeur d'impulsion (MLI) est utilisé. Les temps de commutation de plus en plus courts créent un grand nombre de fronts de tension. L'utilisation d'un onduleur sur une machine basse tension est de plus en plus répandue et peut provoquer une réduction de la durée de vie des machines. Tout d'abord, la répartition de la tension au sein de la bobine est fortement inhomogène à cause de la nature impulsionnelle de la tension. Dans des machines basse tension avec un bobinage en vrac, il y a donc une probabilité non négligeable que les quelques premières spires de la bobine supportant la tension lors de la commutation soient adjacentes avec les dernières, faisant ainsi supporter à l'isolation interspire une forte différence de potentiel. La désadaptation d'impédance entre les câbles de puissance et les bornes de la machine peuvent également générer des surtensions, augmentant encore la sollicitation sur l'isolation électrique. Dans ces conditions défavorables, des décharges partielles peuvent apparaitre et contribuer à la dégradation de l'isolation électrique, réduisant ainsi la durée de vie des machines. Pire encore, des moteurs ayant passé avec succès des essais de qualification en impulsionnel pour être alimentés par un onduleur de tension ont malgré tout des durées de vie réduites. Si de tels phénomènes sont facilement détectables en 50Hz, il devient difficile de les détecter de manière électrique avec un onduleur de tension avec l'amplitude et la variation du courant. De plus, l'onduleur de tension génère un bruit électromagnétique important perturbant les mesures avec les capteurs non-intrusifs. L'objectif de cette thèse est donc de développer une méthode de détection de décharges partielles, à l'aide d'un capteur non-intrusif, dans un moteur de voiture électrique alimenté par un onduleur de tension en on-line, ainsi qu'en off-line, afin de fournir des données pertinentes lors de la conception d'un moteur électrique, de test fin de chaine ou d'essai en fatigue. Pour atteindre cet objectif, une suite d'expériences montant en complexité ont permis de confronter le dispositif de détection à des conditions de plus en plus proches de celles d'une voiture électrique
To control the speed of the motor in an electric vehicle, one solution is to use in the powertrain an inverter drive with pulse width modulation (PWM). This device is recreating a sinusoidal current on each phase with a high number of short pulses of the same amplitude but with a dynamic duty cycle. Recent advances in power electronics allowed switching time to be quicker and quicker thus creating voltage pulses with shorter and shorter rise time. The use of PWM inverter to fed low voltage is now widespread but not without posing well-known problems regarding the reliability of the machine. When an electric motor is fed with a very number of pulses per second, each pulse is not propagating immediately along the winding and thus the voltage distribution is not uniform as in the sinusoidal case. As a result, most of the voltage is located within the first turns of the coil during the first moment of the switching. When the motor is random wound, first and last turns of the same coil could be adjacent thus putting high demand on the turn-to-turn insulation. Impedance mismatch between power cables and motors terminals could lead to overvoltage which are increasing the electrical stress on the insulation system. In the worst-case scenario, partial discharges could occur and contribute to the gradual deterioration of the insulation materials thus leading to premature failure. If partial discharges are easily detected with sinusoidal voltage with standard testing procedure, it becomes much harder to so when the sample under test is fed by a PWM inverter drive. Indeed, it is very difficult to spot very low amplitude partial discharges signals among very large amplitude voltage and current. Moreover, the PWM inverter is generating electro-magnetical noise, which is highly disturbing in partial discharge detection using RF non-intrusive sensor. Worse still, some electric motors having passed successfully AC or repetitive impulses acceptance tests may still fail prematurely when fed by a PWM inverter drive. The aim of this Ph. D thesis is thus to develop a non-intrusive partial discharges detection method, using a non-intrusive sensor, off-line and on-line in an electric motor fed by a PWM inverter drive. To achieve this, a series of experiments, gradually growing in complexity, will test the detection method with harsher and harsher conditions, thus closer and closer to realistic electric vehicle operating conditions. From a single-phase test on an electric stator to a full-scale test on an industrial engine test bench, off-line and on-line detection proves to be possible. In addition, visual observations and experiments have been carried out to better understand the physics of the observed light emitting discharges

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Cella, Benjamin. "On-line partial discharges detection in conversion systems used in aeronautics." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30337/document.

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Abstract:

Le concept de l'avion plus électrique a conduit les industriels à focaliser une partie de leurs efforts sur les risques liés à l'utilisation de la haute tension dans un environnement sévère (Basse pression, large plage de température et d'humidité …). Les risques associés sont l'existence et le développement de décharges partielles conduisant à terme à la défaillance du système dans lequel, elles se produisent. Considérant cette problématique, le groupe Liebherr Elektronik GmbH, en collaboration avec le laboratoire Laplace, a lancé l'étude d'une méthode permettant de détecter les décharges partielles dans des convertisseurs destinés à des applications aéronautiques. Ce sont les résultats de ce travail qui font l'objet de cette thèse. La première partie fait état des connaissances actuelles sur les décharges partielles, de leur nature physique aux méthodes de détection utilisées. Dans la seconde partie, trois phases de mesures validant l'efficacité de la méthode étudiée sont présentées et leurs résultats sont discutés. Enfin, dans une troisième partie, les conclusions de nos travaux et leurs perspectives sont présentées
The more electrical airplane concept led industrial companies to focus a part of their efforts on risks linked to the use of high voltage in a severe environment (Low pressure, wide range of temperature and humidity …). Associated risks are the existence and the growing of partial discharges ultimately leading to the breakdown of the system in which they occur. Considering this problematic, the Liebherr Elektronik GmbH group, in collaboration with the Laplace laboratory, launched the study of a method allowing partial discharges detection in converters intended to be used in aeronautical applications. The results of this work are the subject of this thesis. The first part brings the status of the current knowledge about partial discharges from their physical nature to the detection methods which are used. In the second part, three measurement phases assessing the efficiency of the studied method are introduced and their results discussed. Finally, in the third part, the conclusionsof our works and their perspectives are presented

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Lopez-Castello, Celine. "Effet des pointes inter-critiques sur le développement cognitif : attention et imagerie mentale visuelles dans l’épilepsie bénigne partielle idiopathique de l’enfance." Thesis, Lyon 2, 2011. http://www.theses.fr/2011LYO20046/document.

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Abstract:

Les épilepsies bénignes partielles idiopathiques de l'enfant sont associées à un pronostic favorable, car les crises sont rares et disparaissent à l'adolescence. La nature bénigne de ces syndromes est remise en question en raison de difficultés d'apprentissage et de déficits cognitifs subtils, fréquemment rapportés dans cette population. Nous étudions l’incidence des décharges épileptiques inter-critiques sur la cognition, et observons leurs influences sur l’organisation cérébrale et les fonctions cognitives. Nous proposons des épreuves informatisées, à des patients avec des pointes centro-temporales (EPCT) principalement localisées à l'un des deux hémisphères et occipitales de type Panayiotopoulos (SP), afin d'évaluer des compétences verbales, visuo-spatiales, visuo-attentionnelles, ainsi que trois processus d’imagerie mentale visuelle jamais étudiés dans ces syndromes. Les données comportementales renforcent l’idée d’une spécificité des perturbations selon la latéralisation hémisphérique des pointes inter-critiques et confirment leur incidence sur l’organisation de l’asymétrie hémisphérique fonctionnelle associée aux fonctions étudiées. Par ailleurs, nous montrons que le SP a une incidence particulièrement négative sur les processus d'imagerie mentale visuelle, compétences centrales pour la réussite scolaire de l’enfant et l’enrichissement de son imaginaire. Nos résultats sont en adéquation avec la remise en question actuelle de la nature bénigne de ces épilepsies sur le plan cognitif. Comparer les déficits et l’asymétrie hémisphérique fonctionnelle selon la localisation principale des pointes procure de nouveaux arguments pour un impact spécifique des manifestations inter-critiques, car seuls les mécanismes cognitifs sous-tendus par les régions concernées sont perturbés. Cela apporte des éléments d’explications sur les difficultés d'apprentissages signalés chez ces enfants, et incite à proposer des aménagements pédagogiques
Benign idiopathic partial epilepsies of children are associated with a favorable prognosis because of rare seizure and usually recovery during adolescence. The benign nature of these syndromes is questioned because of learning difficulties and subtle cognitive deficits, frequently reported in this population. We study the incidence of the epileptic discharges on the cognition, and observe their influences on brain organization and cognitive functions. We propose computerized tests to patients with centrotemporal spikes (BECT) mainly localized in one of both hemispheres and occipital discharges, Panayiotopoulos syndrome (PS), to estimate verbal, visuo-spatial and visuo-attentional skills, as well as three visual imagery processes still never studied in these syndromes. Behavioural data strengthen the idea of a specific disturbances according to the hemispheric lateralization of the discharges and confirm their incidence on the organization of the functional hemispheric asymmetry associated with the studied functions. Furthermore, we show that PS has a particularly negative impact on the visual imagery process, important skills in the child's academic success and enrichment of his imagination. Our results are consistent with the current questioning of the benign nature of epilepsy on the cognitive level. Compare the deficits and the functional hemispheric asymmetry according to the main localization of discharges gets new arguments for a specific impact of the epileptiform activity, because only the cognitive mechanisms underlain by the concerned regions are disrupted. This provides evidence to explain the learning difficulties identified in these children, and encourages them to provide educational facilities

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Balcon, Nicolas. "Décharges radio fréquence à pression atmosphérique, diagnostic et modèle numérique." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00211176.

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Abstract:

Le thème principal de cette thèse est l'étude des propriétés d'une décharge capacitive Radio Fréquence à pression atmosphérique dans l'argon. Dans ces conditions où le produit pression•distance est de l'ordre de 150 Torr.cm, la décharge a tendance à former une multitude de filaments localement chauds. En pulsant le générateur RF avec une période et une durée adéquates, il est possible de contrôler la transition du mode filament au mode homogène afin d'obtenir un plasma diffus et stable.
L'espace inter-électrode de 2 mm est ouvert sur l'air ambiant et alimenté en argon par une centaine d'orifices submillimétriques répartis régulièrement sur l'électrode supérieure. Cette configuration permet d'effectuer un traitement de la surface de films polymères en ligne, sans éteindre la décharge entre les échantillons successifs. Une augmentation importante et durable du caractère hydrophile est rapidement obtenue sans risque d'endommager le polymère.
Le diagnostic du plasma est effectué par spectroscopie d'émission et par mesures électriques. L'élargissement de Stark de la raie d'hydrogène Balmer β permet d'estimer la densité électronique dans les filaments à 10^15/cm3. Pour le mode homogène, une approximation basée sur l'équilibre entre la puissance RF transmise et dissipée par le plasma conduit à une densité de 5×10^11/cm3. Les rapports d'intensité des lignes spectrales d'argon neutre et d'ion Ar+ sont introduits dans l'équation de Saha pour calculer la température électronique. Dans le mode homogène la température estimée à 1.3 eV est légèrement plus faible que dans les filaments à 1.7 eV.
Un modèle fluide auto-cohérent unidimensionnel est également développé pour étudier plus précisément le comportement de la décharge dans son mode homogène. L'équation de Poisson pour le champs électrique est couplée aux premiers moments de l'équation de Boltzmann (équation de continuité, équation de dérive-diffusion et équation d'énergie). Les coefficients de transport et de réaction sont obtenus à partir de l'énergie moyenne des électrons.
Le modèle est appliqué à une cinétique chimique réduite de l'argon contenant les principaux processus d'ionisation et d'excitation. Les résultats de simulations sont en bon accord avec les mesures expérimentales. La décharge RF atmosphérique est comparable aux décharges RF classiques basse pression dans lesquelles l'ionisation a majoritairement lieu dans les gaines oscillantes, là où les électrons ont le plus d'énergie.

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Karadjian, Marine. "Endurance et tenue diélectrique de l’isolation de câbles électriques pour l’aéronautique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC104/document.

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Abstract:

Dans la perspective de l’aéronef « plus électrique », l’augmentation de puissance électrique embarquée se traduit par une augmentation de tension. Les tensions envisagées aujourd’hui sont inférieures à 1000 V DC. Mais des valeurs plus élevées peuvent être considérées pour le futur. Il est donc indispensable d’étudier les dégradations prématurées induites par cette élévation de tension sur les équipements existants. Ce travail de thèse, portant spécifiquement sur les câbles aéronautiques, constitue une contribution à cette étude. Les câbles examinés, constitués d’une âme multibrins sur laquelle sont rubanées des couches de PTFE et PI, ont subi différents vieillissements accélérés thermiques statiques et dynamiques, sous humidité, et ce sans ou avec contrainte électrique. Certains vieillissements ont été effectués sur une durée supérieure à 9000 heures. Les décharges partielles (DP) ont été étudiées sur ces câbles en termes de tension d’apparition PDIV et RPDIV. Ces DP peuvent intervenir à l’extérieur ducâble mais également à l’intérieur (pour des tensions plus élevées) dans les interstices d’air entre l’isolant et les brins conducteurs. Cette localisation a été confirmée par un modèle électrostatique. L’effet du vieillissement n’a pu être constaté que sur les décharges internes, avec dans certains cas une réduction significative des valeurs de RPDIV.Des analyses physicochimiques du système d’isolation électrique ont été effectuées ainsi que des radiographies par rayons X. Des modifications chimiques des interfaces du système d’isolation interviennent au cours des vieillissements. Pour les vieillissements les plus poussés (après 9000h sous contrainte thermique à 240°C), ces modifications résultent en la formation de cavités où des DP peuvent prendre place. Enfin, des mesures électrostatiques de potentiel de surface (déclin et retour après neutralisation) ont mis en évidence, bien avant l’observation de cavités, une augmentation de conductivité d’une des couches de l’isolation
In future "more electric" aircraft, the increase in on board electrical power will result in an increase in voltage. The voltages envisaged today are lower than 1000 V DC, but higher values can be considered in the medium to long term. It is therefore essential to study possible premature degradation of existing equipment induced by this rise in voltage. This thesis work, specifically on aeronautical cables, is a contribution to this goal. The examined cables, consisting of a multi-stranded core on which PTFE and PI layers are wound, have undergone various static and dynamic accelerated thermal aging, under humidity, without or with electrical stress. Aging has been carried out in some cases for more than 9000 hours. Partial discharges (DP) were studied on these cables in terms of the appearance voltage PDIV and RPDIV. These DPs can occur outside the cable but alsoinside (for higher voltages) in the air gaps between the insulation and the conductive strands. This location has been confirmed by an electrostatic model. The effect of aging was only found in the case of internal discharges, with in some cases a significant reduction in RPDIV values.Physicochemical analyses of the electrical insulation system were carried out as well as x-ray radiography. Chemical modifications of the interfaces of the insulation system occur during aging. For the most advanced aging (after 9000h under thermal stress at 240°C), these changes result in the formation of cavities where DP can then take place. Finally, electrostatic measurements of surface potential (decline and return after neutralization) have shown, well before the observation of cavities, an increase in conductivity of one of the layers of the insulation

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Douar, Adnane. "Recherche de matériaux isolants pour la conception d'une nouvelle génération de connecteurs électriques haute tension : influence de la pollution sur les phénomènes de décharges partielles du contournement et de claquage." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2014. http://www.theses.fr/2014ECDL0046/document.

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Abstract:

Dans le présent travail, nous abordons une problématique essentielle liée aux accessoires des lignes électriques et plus particulièrement au connecteur à perforation d’isolant (TTDC 45501 FA), commercialisé par la société Sicame située à Arnac-Pompadour (Corrèze). Ce produit permet d’effectuer des dérivations de courant en moyenne tension gainé HTA entre 15 et 25kV. Cependant, il devient nécessaire de concevoir une nouvelle génération de connecteurs capable de fonctionner à une tension de 52 kV en raison de la constante augmentation des besoins en électricité. En réalité, le principal souci concernant ces produits réside dans l’apparition de décharges partielles dans le volume constitué par la matière isolante (polyamide 6 chargée à 50% en poids de fibres de verre). Ces décharges engendrent un vieillissement prématuré du produit sous l’action conjuguée d’une atmosphère corrosive (brouillard salin) et d’un champ électrique. Ainsi, l’objectif de la présente thèse est de faire, dans un premier temps, un choix approprié de matériaux isolants parmi des polymères thermoplastiques, thermodurcissables époxydes ou élastomères en EPDM, capables de résister à plusieurs contraintes : thermique, électrique, mécanique, chimique et climatique. La partie expérimentale concerne, tout d’abord, la mesure de la tension de contournement, de l’activité des décharges partielles se propageant à la surface des matériaux isolants et de la tension de claquage, en tension alternative (A.C.). Pour cela, des échantillons polymères qui comportent des surfaces planes ou des surfaces pourvues de protubérances ont été moulés en vue de comparer leur comportement diélectrique en présence d’atmosphères polluées de type brouillard salin; ces mesures sont nécessaires pour effectuer un choix approprié du matériau à intégrer dans le connecteur. Par la suite, l’étude et la caractérisation optique et électrique de décharges glissantes, se propageant en surface de divers matériaux polymères, en tension impulsionnelle (L.I.) pour les deux polarités (positive et négative) et pour deux types de champ électrique (normal et tangentiel) sont présentées pour le cas d’une interface solide/air. La mesure de la longueur finale des décharges glissantes et la visualisation de l’onde de courant sont les deux paramètres principaux pour différencier les caractéristiques des matériaux utilisés. L’ensemble des résultats de mesures a permis de sélectionner les résines époxydes cyclo-aliphatiques (CEP) comme candidates potentielles pour la conception d’une nouvelle génération de connecteurs. De plus, la simulation du champ électrique, à l’aide du logiciel Flux 2D/3D, sur le connecteur électrique (TTDC 45501FA) a permis d’aboutir à la proposition d’un prototype de connecteur présentant une nouvelle géométrie et pouvant fonctionner à 52kV
In the present study, we deal with an essential problem related to electrical lines accessories and more particularly to piercing connectors (TTDC 45501FA) commercialized by a private company named Sicame and which is located in Arnac-Pompadour (Corrèze, France). This product/accessory is designed to provide power diversions on medium voltage live lines HVA operating between 15 and 25kV. However, it becomes required to design a new generation of piercing connectors able to operate on 52kV live lines because of the electrical power demands that are steadily increasing. Actually, the main concerns about these products are the occurrence of partial discharges within the insulating material volume (polyamide 6 containing 50%wt of glass fibers). Most of the time, these discharges induce an early ageing process of the accessory under the combined effects of a corrosive environment (as salt fog) and an electric field threshold. Thus, the main objective of the present Ph.D. thesis is to carry out an appropriate choice of insulating materials among several tested polymers such as thermoplastics and thermosetting epoxy resins and EPDM elastomers that are capable of withstanding several constraints: thermal and electrical and mechanical and chemical conditions. The experimental section is focusing on the measurements of flashover voltage and partial discharges activity propagating on polymeric surfaces and breakdown voltage within material bulks under A.C voltage. That is why polymeric samples with plane surfaces and textured surfaces are molded to compare their resistance to partial discharges when being subjected to polluted environments such as salt fog; these measurements are necessary to choose the suitable materials for the required application to be integrated in the new generation of connectors. Then, the optical and electrical characterization results of creeping discharges propagating on several polymeric surfaces under lightning impulse (L.I.) voltage with its both polarities (positive and negative) and for two kinds of applied electric field (normal and tangential) are presented in the case of solid/air interfaces. Final length measurements of creepage discharges are the main parameter for distinguishing material properties. The whole obtained results (under AC and LI voltages) allow us to point out the cycloaliphatic epoxy resins as potential candidates to the conception of a new generation of piercing connectors. In addition, the electric field simulation and modelling of the TTDC 45501FA connector by using the Flux 2D/3D software seems to be helpful to design a connector prototype which exhibits a new geometry and is able to reach a voltage level that equals 52kV

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Abadie, Cédric. "On-line non-intrusive partial discharges detection in aeronautical systems." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30041/document.

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Abstract:

L'évolution de l'électronique de puissance ces dernières années a entraîné une augmentation de la densité de puissance et une diminution du coût des onduleurs de tension à modulation de largeur d'impulsion (MLI). Ces évolutions ont répandu l'utilisation de convertisseurs de puissance pour les applications de variateurs de vitesse ce qui a permis le développement du concept d' " avion plus électrique ". Ce concept consiste à remplacer un des vecteurs énergétiques (pneumatique ou hydraulique) par l'énergie électrique. Cependant, le développement du réseau électrique a entraîné une augmentation de la tension embarquée, ce qui a conduit à un vieillissement prématuré des équipements électriques embarqués. La forme de tension appliquée, appelée "modulation de largeur d'impulsion" (MLI), est constituée de trains d'impulsions. Avec l'application de ces impulsions, la tension n'est plus distribuée de manière homogène le long du bobinage. Dans ce cas, on pourra observer d'importantes différences de potentiel entre les spires d'une même phase voire entre deux phases du bobinage. En outre, un autre paramètre important provient du type d'enroulement des moteurs utilisés par l'industrie. L'enroulement aléatoire est la technique de bobinage la plus courante pour les moteurs basses tensions car cette méthode présente un faible coût. Le risque induit par ce type d'enroulement est que la première et une des dernières spires de la première bobine peuvent être proches l'une de l'autre. Dans ce cas, jusqu'à 80% de la tension sera supportée par quelques dizaines de microns d'émail, et les systèmes d'isolation existants ne sont pas dimensionnés pour résister à de telles contraintes. L'utilisation de longs câbles reliant l'onduleur au moteur peut aussi provoquer des surtensions importantes aux bornes du moteur. Ce phénomène s'explique par le fait que le câble se comporte comme une ligne de transmission qui n'est pas adaptée en termes d'impédance au bobinage du moteur. De plus, ces importantes différences de potentiel associées à de faibles pressions, présentes dans les zones dépressurisées de l'aéronef, peuvent entraîner l'apparition de décharges partielles. Les décharges partielles sont des décharges électriques qui court-circuitent partiellement l'intervalle entre deux conducteurs. Il existe de nombreuses méthodes de détection bien connues pour les tensions AC et DC, cependant, la détection sous tension de type MLI dans des moteurs basse tension est beaucoup plus complexe. Les signaux de décharge partielle sont en effet intégrés dans le bruit électromagnétique généré par la commutation. Le but de cette thèse est donc de développer un procédé de détection et un procédé de filtrage permettant une détection non intrusive et en fonctionnement (on-line) des décharges partielles dans le domaine aéronautique afin de qualifier les systèmes d'isolation électrique utilisés dans les aéronefs
The development of power electronics in recent years has led to increase power density and to decrease pulse width modulation (PWM) voltage inverter cost. These developments have expanded the use of power converters for variable speed drive applications which enabled the development of the concept of "more electric aircraft". This concept consists in replacing one of energy carriers (pneumatic or hydraulic) with electrical energy. However, the deployment of electrical energy has increased the onboard voltage, which leads to premature aging of onboard electrical equipment. The shape of the PWM voltage consists of pulse trains. With the application of these pulses, the voltage is no longer homogeneously distributed along the coil. In this case, large differences in potential between the strands are present. In addition, another important parameter derived from the winding type motor used in industry. The random winding is the most common technique for low voltage motors due to its lower cost. The risk generated by this type of winding is that the first and the last turns of the first coil can be facing one another. In this case, up to 80% of the voltage will be supported by a few tens of microns of enamel, and existing insulation systems are not designed to withstand such severe constraints. The use of long cable connecting the inverter to the motor can also cause significant overvoltage at the motor terminals. This phenomenon is explained by the fact that the cable behaves as a transmission line to which the motor coils is not adapted in terms of impedance. In addition, these large potential differences associated with low pressures in the depressurized areas of the aircraft, may cause the occurrence of partial discharge. Partial discharges are electrical discharges that short-circuited partially the gap between two conductors. There are many detection methods well known under AC and DC voltage, however, in the case of the detection under PWM like voltage in low-voltage motors, the detection is much more complex. Partial discharge signals are embedded in the electromagnetic noise generated by the switching. The aim of this thesis is to develop a detection method and filtering method enabling a non-intrusive and an "on-line" partial discharges detection in the aeronautical field in order to qualify the electrical insulation systems used in aircraft

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Neacsu, Claudiu. "Contribution à l'étude des défaillances statoriques des machines asynchrones : mise au point et réalisation d'un test non destructif de fin de fabrication." Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30113.

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Gavrilenko, Veronika. "Characterization of winding insulation of electrical machines fed by voltage waves with high dV/dt." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPAST027.

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Abstract:

L’isolation des bobinages des moteurs alimentés par des convertisseurs statiques basés sur la modulation de largeur d'impulsion est soumise à des contraintes électriques provenant de la forme d'onde de la tension d'alimentation. Les phénomènes de nuisances électromagnétiques sur l’ensemble de la chaîne de conversion, les ondes réfléchies dans le câble d’alimentation, ainsi que la non adaptation des impédances du câble et de l’enroulement de la machine peuvent conduire à l’apparition de surtensions aux bornes de la machine suffisamment élevées pour dépasser la tension d’apparition des décharges partielles. Il en résulte une dégradation de l’isolation entre les spires qui, à terme, peut engendrer la défaillance de la machine. La mise en œuvre de composants à semi-conducteurs grand gap, tel que le Carbure de Silicium, permet la réalisation de convertisseurs de forte densité de puissance pour les systèmes d’entraînement à vitesse variable des machines électriques. Les vitesses et les fréquence de commutation élevées de ces composants conduisent à des contraintes électriques en dV/dt plus sévères sur l'isolation des enroulements des moteurs alimentés par de tels convertisseurs. L’étude expérimentale et les simulations numériques réalisées dans le cadre de cette thèse se concentrent essentiellement sur les effets des ondes de tension à forts dV/dt et de la fréquence de commutation élevée sur la robustesse de l’isolation du bobinage des machines électriques alimentées par des onduleurs. Par conséquent, les travaux touchent un certain nombre de questions liées à l’entraînement à vitesse variable, à l’électronique de puissance, aux machines électriques, aux matériaux diélectriques et aux décharges partielles
The insulation of electrical machines driven by power converters with pulse width modulation are subjected to repetitive surges due to fast changing voltage pulses and reflection phenomena in supply cable, as well as non-uniform voltage distribution in the stator winding. The overvoltage at motor terminals may lead to partial discharge inception accelerating winding insulation degradation and causing its premature failure. The implementation of wide bandgap power semiconductors as Silicon Carbide allows to create converters with high power density for variable frequency drive applications. The fast and high frequency switching of electronic devices based on wide bandgap semiconductors increase electrical stresses caused by steep voltage changing rates in controlled electrical machine. It may increase a risk of partial discharges and accelerate insulation aging and destruction. The experimental investigation and numerical simulation study performed in this work is essentially focused on the effects of impulse voltage with high dV/dt and high switching frequency on winding insulation robustness of inverter-fed electrical machines. Therefore, the work covers a number of issues related to electric drives, power electronics, electrical machines, dielectric materials and partial discharges

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Szczepanski, Mateusz. "Development of methods allowing the test and the comparison of low-voltage motors insulation systems running under partial discharges (fed by inverter)." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30073.

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Abstract:

Depuis le développement des composants d'électronique de puissance qui ont permis la fabrication d'onduleurs fiables et efficaces, les entraînements à vitesse variable utilisant des moteurs asynchrones sont devenus de plus en plus populaires. La technique MLI s'est avérée être une méthode très efficace de contrôle de la vitesse de rotation. Cependant, les impulsions de tension, avec des pentes très raides (de l'ordre de quelques kV/µs), ont apporté de nouveaux risques pour le système d'isolation électrique des moteurs. La richesse harmonique de la tension MLI entraînera une surtension significative due à une différence d'impédance entre le câble et le moteur. En effet, la tension observée par certaines parties du système d'isolation peut dépasser la tension d'apparition des décharges partielles (ang. PDIV); ce qui amorcera une activité de décharges partielles localisée. Le système d'isolation des machines basse tension (appelé type I) est basé presque entièrement sur des matériaux polymères qui ne sont pas conçus pour supporter des décharges partielles tout au long de leur vie. En raison de l'utilisation de variateurs de fréquence, l'isolation primaire du fil émaillée est en danger par rapport aux machines alimentées par réseau. En conséquence, c'est souvent le point le plus faible du système d'isolation qui conduira à la panne prématurée d'une machine. Le but de cette thèse est d'étudier et d'analyser le processus de vieillissement du fil émaillé exposé aux différents facteurs et de proposer une méthode permettant de prédire les durées de vie dans des conditions fixées. Cette étude introduit une prédiction basée sur la méthode des plans d'expériences et la distribution statistique de Weibull. Grâce au modèle obtenu avec des tests de vieillissement courts multicontraintes (température, tension, fréquence) il est possible de prédire les résultats de tests significativement plus longs. De plus, la méthodologie proposée permet de prédire la dispersion des essais longs en se basant sur la dispersion des résultats à court terme. Les prédictions sont comparées avec les données expérimentales afin de prouver la précision du modèle
Since the development of power electronic components, which allowed the manufacturing of reliable and efficient inverters, variable speed drives using inductive motors have become more and more popular. The PWM technique has proven to be a very effective method of rotational speed control. However, the fast changing voltage pulses, with very steep slopes (in the order of a few kV/µs), has brought new hazards for the electrical insulation system of such motors. Very high frequency harmonic components of PWM voltage will result in significant overvoltage due to an impedance mismatch between the cable and the motor. As an effect, the voltage seen by some parts of the insulation system may exceed the Partial Discharge Inception Voltage (PDIV) stating localized partial discharges activity. The insulation system in low-voltage machines (called type I) is based almost entirely on polymer materials, which are not able to support partial discharge activity throughout their lives. Due to the use of frequency inverters especially the primary insulation of the magnet wire is endangered in comparison with system-powered machines. As a result this is often the weakest link of the insulation system leading to a premature breakdown of the machine. The aim of this thesis is to investigate and analyze the aging process of the enameled wire exposed to different factors and to propose a method allowing to predict their lifespans in given conditions. This study introduces a prediction based on the Design of Experiments method and the statistical Weibull distribution. Thanks to the model obtained with short multi-stress (temperature, voltage, frequency) aging tests, it is possible to predict the results of significantly longer ones. Moreover, the adapted methodology is proposed that allows to predict the scatter of the long tests basing on the short-time results dispersion. The predictions are compared with the experimental data in order to prove the model accuracy

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Duchesne, Cyrille. "Contribution à l'étude de la gradation de potentiel dans les modules de puissance haute tension." Toulouse 3, 2009. http://thesesups.ups-tlse.fr/1518/.

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Abstract:

L'augmentation des densités de puissance dans le domaine de la traction ferroviaire conduit aujourd'hui au développement de convertisseurs intégrés. Cette intégration n'est toutefois possible que si l'on sait dimensionner au plus juste l'ensemble des éléments qui constitue ces convertisseurs. Du point de vue de l'isolation électrique, il est donc nécessaire d'avoir une caractérisation la plus large possible de l'ensemble des matériaux isolants utilisés dans le packaging des composants de puissance ainsi qu'une bonne compréhension de leurs mécanismes de défaillances. Ces points s'avèrent d'autant plus critiques que la réduction des dimensions d'une part et l'augmentation des calibres en tension des composants d'autre part se traduisent par des contraintes de plus en plus sévères. Répartir la contrainte électrique de façon homogène est donc d'un intérêt majeur lorsqu'il s'agit de maintenir l'intégrité de ces systèmes. Le travail présenté ici consiste en une étude approfondie des problématiques liées à la gradation et en la présentation de deux solutions de gradation du potentiel, l'une utilisant des matériaux hybrides et l'autre des lignes conductrices à potentiel flottant. Différents outils théoriques et pratiques ont été développés et utilisés. Un code de calcul par éléments finis (CEF) est utilisé afin de prédire la répartition de la contrainte (potentiel et champ électrique) dans une structure de test prédéfinie. L'influence de la réfraction des équipotentielles aux interfaces de différents diélectriques est ensuite étudiée. L'utilisation d'un matériau présentant une variation non - linéaire de sa caractéristique courant tension sur la répartition homogène du champ électrique est discutée et nous montrons qu'un tel comportement n'est pas une condition nécessaire pour obtenir une réduction satisfaisante du champ électrique. Différentes méthodes permettant de caractériser ce type de matériau à travers des mesures directes de la contrainte électrique par sonde à champ nulle et indirecte par des mesures de décharges partielles sont ainsi proposées. Enfin, la gradation du potentiel en utilisant des lignes métalliques inspirées des techniques de répartition par anneaux de garde ou plaque de champ est envisagée. Une optimisation de la structure d'étude par calcul CEF est d'abord réalisée, puis la caractérisation diélectrique à travers des mesures de décharges partielles et de rupture diélectrique confirme le bien fondé de cette approche
In railway applications, the increase of the power density leads to the development of more and more integrated inverters. This integration is only possible if each component has its own well-established design rule. Regarding the insulating materials, a wide characterisation of the different materials ensuring the packaging functions is all the more necessary that it may lead to a better understanding of their failure mechanisms. This last point will become crucial if the actual trend (decrease of the module size and increase of the component voltage level) is extended. Electrical stress grading inside the module appears therefore as a key issue to ensure the integrity of the systems. This work is a contribution to stress grading effect and different solutions are examined in details. Among others, we focus particularly on hybrid materials and floating potential conductive lines. Various tools are used and developed both from a theoretical and from a practical point of view to achieve this characterization. Finite Element Method (FEM) is used to predict the stress distribution in the structure under study. Materials presenting non-linear I(V) characteristics are characterised and their results are discussed in details. Alternative methods are also proposed to characterise them directly through the measurement of the potential distribution (thanks to a Kelvin probe) and indirectly via Partial Discharge measurements. Then, a stress grading method using floating potential conductive lines inspired by guard rings and field limiting plates is proposed. An optimisation of the structure thanks to FEM method and through a dielectric characterisation using partial discharge and dielectric strength measurements is achieved

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Do, Minh Tuan. "Propriétés diélectriques des gels isolants : application aux composants d'électronique de puissance." Phd thesis, Grenoble 1, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00377405.

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Abstract:

Ce travail apporte une meilleure compréhension des propriétés diélectriques des gels isolants dans le contexte particulier de son utilisation en électronique de puissance. Différentes techniques de mesures qui, pour la plupart ont été développées dans la caractérisation des liquides isolants (visualisation de streamers, détection optique des décharges, mesure de la charge apparente) ont été utilisées. Une méthode optique permettant des mesures de décharges partielles sous tension nonsinusoïdale (ondes à front raide) a été développée. Des décharges dans des cavités et les décharges attribuées à l'effet couronne ont été identifiées. Un régime de décharges réversibles et un régime de dégradation où les propriétés d'auto-cicatrisation du matériau sont réduites ont été mis en évidence. La fréquence des décharges augmente considérablement avec la température. Elles pourraient contribuer à l'accélération du vieillissement des assemblages à long terme. Les décharges partielles apparaissent plus facilement sous tension impulsionnelle qu'en alternatif. La visualisation des phénomènes générés sous champ élevé (génération et propagation de “streamers”) permet de mieux caractériser les mécanismes mis en jeu. Les mesures conventionnelles de décharges partielles en alternatif selon la norme CEI ne sont pas pertinentes dans le cas de la caractérisation du gel sous contraintes impulsionnelle. Une étude du claquage du gel silicone dans diverses configurations d'électrodes (tailles, formes) en fonction de la température et de la forme de l'onde de tension montre qu'il dépend de la surface des électrodes. Le gel se rapproche beaucoup plus d'un liquide non polaire que d'un solide.

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Brun, Emilie. "Vieillissement hygrothermique d'un composite résine époxyde silice et impact sur sa rigidité diélectrique." Phd thesis, Grenoble 1, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00440812.

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Abstract:

La résine époxyde renforcée avec des grains de silice est utilisée comme isolant électrique. Un certain nombre d'études ont été menées afin d'identifier les mécanismes de dégradation. Dans ce travail, l'effet de l'humidité à une température supérieure à la Tg du matériau a été privilégié. Un conditionnement hygrothermique à 80°C/80%HR conduit à une chute d'une décade de la tension de claquage du matériau en quelques mois. Avec une silice silanisée, la chute est d'un facteur 2. Ce claquage est précédé de décharges partielles (DP). Afin de quantifier les phénomènes aux interfaces résine/silice, un modèle expérimental d'interface a été réalisé. L'analyse par spectroscopie diélectrique, grâce aux électrodes inter-digitées déposées, conduit à une estimation de l'épaisseur de la couche d'eau à l'interface de l'ordre du micromètre. Analyses de prise de masse, thermogravimétrique (ATG) et mécanique (AMD, essais de traction), menées avec ou sans charges de renfort, ont permis de quantifier sur le système étudié les phénomènes physiques et chimiques connus de l'action de l'eau sur les époxydes (diffusion, plastification, hydrolyse). Les phénomènes de dégradation du composite à l'origine de la chute des propriétés électriques ont ainsi été décrits, bien que la différence nécessaire des formes d'échantillons n'ait pas permis de transposer dans le temps les mesures physico-chimiques aux mesures électriques. Un mécanisme original de rupture d'isolation d'un composite a été proposé : l'arborescence électrique à l'origine du claquage résulte de décharges au sein de cavités de vapeur d'eau, celles-ci étant créées par l'échauffement du à la conduction dans les canaux d'eau interfaciaux.

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Nguyen, Manh Quan. "Étude de l'impact des contraintes aéronautiques sur les systèmes d'isolation des moteurs de conditionnement d'air." Toulouse 3, 2012. http://www.theses.fr/2012TOU30165.

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Abstract:

Notre étude s'inscrit dans le cadre d'un projet régional de collaboration entre le laboratoire LAPLACE, les sociétés Liebherr Aerospace et Technofan et les PMEs Delty, ADN et Cirtem. Son sujet principal est l'étude des systèmes d'isolation électrique des machines tournantes de classe thermique 180°C, alimentés par onduleur MLI et fonctionnant en environnement aéronautique. La première partie de ce travail se focalise d'une part sur la quantification expérimentale des risques encourus par les systèmes d'isolation électriques des futures générations de moteurs employés dans la pressurisation des avions plus électriques et d'autre part sur la sélection des fils émaillés envisagés pour concevoir leur système d'isolation. La seconde partie est consacrée à une nouvelle solution visant à protéger des moteurs basse tension soumis aux contraintes fonctionnelles et environnementales sévères. Cette solution repose sur l'utilisation de particules de silice (micro-particules ou nano-particules) dispersés dans le vernis d'imprégnation. Afin d'évaluer les propriétés correspondantes du vernis ainsi réalisé, différentes expériences sont détaillées et analysées en fonction de la taille des particules. L'objectif consiste en effet à accroitre la tenue aux décharges du vernis sans pour autant détériorer ses autres propriétés diélectriques (conductivité électrique et rigidité diélectrique) et sa tenue mécanique
This study falls within the framework of a cooperation project between the Laplace Laboratory, the companies Liebherr Aerospace and Technofan and the SMEs Delty, ADN and Cirtem. The principal theme is the study of electrical insulation systems of rotating machines (thermal class 180°C), fed by PWM inverter and operating in a aeronautic environment. The first part of this work focuses on the one hand on the experimental quantification of risks associated with the electrical insulation systems of the future motors used in the pressurization of the ''more electric'' aircrafts, and on the other hand on the selection of enamelled wires considered to design their insulation system. The second part is dedicated to a new solution to protect low voltage motors subject to severe functional and environmental constraints. This solution is based on the use of silica particles (micro-particles or nano-particles) dispersed in the impregnation varnish. In order to estimate the corresponding properties of such varnishes, different experimental investigation are detailed and analyzed in accordance with the size of particles. The goal is to inscrease the resistance to partial discharges of varnish but without deterioration of its other dielectric properties (electric conductivity and dielectric strength) and its mechanical strength

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Loubeau, Florian. "Analyse des phénomènes de vieillissement des matériaux d’isolation électrique de machines de traction électrique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAT086/document.

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Abstract:

La conception et la validation d’un nouveau moteur électrique nécessitent d’examiner les comportements dans le temps des différents matériaux d’isolation électrique face aux multiples contraintes qu’ils subissent. Les caractérisations au cours des vieillissements thermiques, hygrothermiques, thermomécaniques et électriques, ont porté sur les matériaux seuls , avec un focus particulier sur les résines d’imprégnation : une à base de polyesterimide et une à base d’époxy chargé, mais également sur les systèmes d’isolation électrique complets. Les autres matériaux sont l’émail des fils de cuivre, constitué de polyesterimide et de polyamide-imide, et deux papiers d’isolation tri-couches à base de Nomex® et de Kapton® pour l’un, et de Nomex® et de PET pour l’autre. Des caractérisations physico-chimiques (suivi de masse, spectroscopies IR et diélectrique, microscopie optique) et mécanique (flexion 3 points) ont permis de mettre en évidence des mécanismes de dégradations des matériaux lors des vieillissements thermiques et hygrothermiques tels que la perte d’adhérence de l’émail ou bien la délamination de la résine époxy. La caractérisation électrique des motorettes par des mesures de décharges partielles, a permis une évaluation des impacts des différents vieillissements et également de les corréler avec certains comportements des matériaux. L’influence de la forme d’onde sur la TADP a été étudiée. Il n’apparait aucune différence significative dans nos conditions entre des mesures sous signaux sinusoïdaux et sous signaux carrés. Les simulations de champs électriques sur les motorettes sont en accord avec les tensions d’apparition de décharges partielles (TADP) mesurées et avec l’influence de la température sur ces TADP
Design and validation of a new electric motor require an examination of the behavior of the electrical insulating materials under different stresses. Characterizations were performed during aging, thermal, hydrothermal, thermomechanical and electrical, both on the materials, with a special focus on the impregnating resins: a polyesterimide and a filled epoxy, and on models of the electrical system. Other materials have also been characterized such as the enamel covering the copper, with a formulation based on polyesterimide and polyamide-imide, and two 3-layer insulating papers based on Nomex® and Kapton® for the first and on Nomex® and PET for the second. Physicochemical analyses (mass loss, IR and dielectric spectroscopies, optical microscopy) and mechanical characterizations (3-points bending) allowed the identification of the degradation mechanisms during thermal and hydrothermal aging. The effects of the applied stresses on the motorettes were evidenced by measurements of partial discharges. Correlations with the observed behaviors of the materials were underlined, such as the loss of enamel adhesion or the delamination of the epoxy resin. The influence of the waveform on the PDIV has also been studied and it revealed no significant difference between sinus wave and square wave. Simulations of electric fields on the motorettes are in agreement with the measurements of partial discharge inception voltages (PDIV) and with the influence of temperature on these PDIV

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Daniel, Priscillia. "Etude des propriétés électriques de câbles isolés au polyéthylène réticulé en présence de cavités gazeuses et vieillis sous tensions DC ou DC avec harmoniques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT114.

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Abstract:

Dans le but de favoriser l’intégration des énergies renouvelables, les réseaux de transport sous haute tension continue (HVDC) sont privilégiés. L’interface entre les réseaux AC et DC est assurée par des convertisseurs de puissance qui génèrent des harmoniques. Il est établi que, lors de la réticulation du polyéthylène (PER – XLPE), des microcavités apparaissent dans la matrice du polymère. L’objectif de la thèse est donc d’examiner l’impact éventuel des harmoniques en présence de microcavités. Suivant leur taille et les conditions de champ électrique, les microcavités piégées dans le XLPE peuvent être le siège de décharges partielles (DP). Deux types de câbles différents ont été vieillis : un câble moyenne tension AC (MVAC) comprenant des défauts de tailles millimétriques provoqués artificiellement et un minicâble avec un grade de XLPE pour HVDC. Les tronçons de câbles MVAC ont été soumis à des contraintes en tension DC sous des températures de 90 à 120°C. Les minicâbles ont subi des contraintes en tensions superposées DC+AC à 1800 Hz et à des températures de 70 et 90°C. Ces vieillissements ont été caractérisés par des mesures de DP, de courant et de spectroscopie diélectrique. En présence de cavités millimétriques, les vieillissements ont provoqué une baisse de la tension d’apparition des DP (TADP) et une augmentation de l’amplitude des DP. Pour les minicâbles, les valeurs TADP mesurées ont été attribuées, selon le modèle proposé, à des cavités de l’ordre de 10 µm de diamètre. Les courants de conduction ont augmenté et le seuil d’apparition des charges d’espace diminué en fonction des vieillissements subis. Enfin, les caractérisations de spectroscopie diélectrique ont montré des différences de la réponse spectrale entre des vieillissements thermiques et électrothermiques. Une simulation numérique a permis d’estimer les renforcements de champ électrique sous tension DC dans des cavités sphériques et délaminations. Ces facteurs sont plus élevés que ceux utilisés sous tension AC. L’implication des charges d’espace dans les phénomènes de DP dans les cavités est discutée sur la base de ces mesures et simulations
In order to accommodate large scale renewable energy, electrical networks integrates more and more high-voltage direct current (HVDC) systems. Interface between AC and DC networks is ensured by power converters which also generate harmonics. It is known that during crosslinking process of polyethylene (XLPE), microcavities appear inside polymer matrix. This study aims to examine possible impact of these harmonics in presence of microcavities. Depending on their size and on the electrical field, partial discharges (PD) can occur in these microcavities. Two types of cables have been aged: a medium voltage AC (MVAC) cable with millimetric cavities induced artificially and a model cable with an HVDC XLPE grade. MVAC cable sections have been submitted to DC voltage under temperatures between 90 to 120°C. Model cables have been subjected to superimposed DC plus 1800 Hz AC voltages under temperatures from 70 to 90°C. Ageing have been characterized by PD, current and dielectric spectroscopy measurements. In presence of millimetric cavities, ageing have caused a decrease in PD inception voltage (PDIV) and an increase in PD magnitude. For model cable, PDIV values have been assigned, according to a proposed model, to cavities of about 10 µm in diameter. Conduction currents were increased and space charges threshold field decreased depending on ageing. Finally, dielectric spectroscopy characterisations have shown differences between thermal and electrothermal ageing. Electrical field enhancement factors under DC voltage have been estimated in various cavity geometries thanks to numerical simulations. These factors reveal to be higher than the ones used under AC voltage. Space charges involvement in PD phenomena inside cavities is discussed based on measurements and simulations

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Gottin, Bertrand. "Analyse multi-capteurs de signaux transitoires issus de systèmes électriques." Phd thesis, Université de Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00565368.

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Cette thèse a pour objectif principal d'étudier et de proposer des techniques adéquates aux problématiques de détection et de localisation des sources de signaux transitoires dans un réseau de câbles de transport d'énergie. Ainsi, les méthodes proposées tiennent compte de l'ensemble des problématiques liées à la propagation des signaux dans les câbles, les aspects physiques étant pris en compte lors de la mise en place de ces méthodes. Nous proposons pour la détection, d'introduire un critère spécifique de détection de l'ensemble des transitoires du signal reçu. Ce point est très important car un enregistrement peut contenir le transitoire propagé par le trajet direct mais également des réflexions ainsi que d'autre type de transitoires. Pour l'étape d'analyse et de localisation, il est donc très important de pouvoir détecter tous les transitoires, indépendamment de leur énergie. Nous étudions, dans un premier temps, les méthodes les plus connues – la détection à partir du spectrogramme, des ondelettes et des statistiques d'ordre supérieur. Nous prouvons la robustesse de ces méthodes dans le contexte des transitoires électriques mais également leur difficulté à détecter les transitoires de faible amplitude. Nous proposons ainsi l'utilisation du concept de distribution à temps complexe qui effectue la détection des transitoires via la dérivation de la phase du signal. Nous montrons que cette technique fournit de bonnes performances de détection de l'ensemble des transitoires, grâce à l'étude de la phase instantanée qui constitue un très bon élément pertinent en raison de son invariance par rapport à l'amplitude. La phase de localisation repose sur la prise en compte de deux difficultés majeures. La première étant la complexité de propagation d'une impulsion dans un câble et la modélisation physique de cette propagation, la seconde étant la nécessité contraignante d'acquisition synchrone pour un diagnostique on-line multi-capteur. Notre contribution consiste à proposer une technique de localisation qui quantifie la déformation relative subie par les transitoires propagés, en fonction de leur durée de propagation. L'intérêt de cette technique peu coûteuse est prouvé par des tests en configuration simulée ainsi que réelle.

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Collin, Philippe. "Design, taking into account the partial discharges phenomena, of the electrical insulation system (EIS) of high power electrical motors for hybrid electric propulsion of future regional aircrafts." Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30116.

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Abstract:

La réduction des émissions de CO2 est un enjeu majeur pour l'Europe dans les années à venir. Les transports sont aujourd'hui à l'origine de 24% des émissions globales de CO2. L'aviation ne représente que 2% des émissions globales de CO2. Cependant, le trafic aérien est en pleine expansion et, déjà, des inquiétudes apparaissent. A titre d'exemple, en Suède, depuis les années 1990, les émissions de CO2 dues au trafic aérien ont augmenté de 61%. Ce constat explique l'apparition du mouvement "Flygskam" qui se repend dans de plus en plus de pays Européen. C'est dans ce contexte que l'Union Européenne a lancé en septembre 2016 le projet Hybrid Aircraft Academic research on Thermal and Electrical Components and Systems (HASTECS). Le consortium regroupe différents laboratoires et Airbus. Ce projet s'inscrit dans le programme "Clean Sky 2" qui vise à développer une aviation plus verte. L'objectif ambitieux est de réduire de 20% les émissions de CO2 et le bruit produits par les avions d'ici 2025. Pour cela, le consortium étudie une architecture hybride de type série. La propulsion est assurée par des moteurs électriques. Deux cibles ont été définies. En 2025, les moteurs doivent atteindre une densité de puissance de 5kW/kg, système de refroidissement inclus. En 2035, la densité de puissance des moteurs sera doublée pour atteindre 10kW/kg. Pour atteindre ces cibles, le niveau de tension sera considérablement augmenté, au-delà du kilovolt. Le risque de décharges électriques dans les stators des moteurs électriques est considérablement accru. L'objectif de cette thèse est de mettre au point un outil d'aide au design du Système d'Isolation Electrique (SIE) primaire du stator de moteur électrique piloté par convertisseur. Elle est découpée en cinq parties. La première partie commence par préciser les enjeux et défis d'une aviation plus verte. Le SIE du stator de moteur électrique est développé. Enfin, les contraintes qui s'appliquent sur le SIE dans l'environnement aéronautique sont identifiées. La deuxième partie présente les différents types de décharges électriques que l'on peut retrouver. Le principal risque vient des Décharges Partielles (DP) qui détériorent peu à peu le SIE. Le principal mécanisme pour expliquer l'apparition des DP est l'avalanche électronique. Le critère de Paschen permet d'évaluer le Seuil d'Apparition des Décharges Partielles (SADP). Différentes techniques permettent de détecter et mesurer l'activité des DP. Des modèles numériques permettent d'évaluer le SADP. La troisième partie présente une méthode originale pour déterminer les lignes de champ électrique dans un problème électrostatique. Elle n'utilise qu'une formulation en potentiel scalaire. La quatrième partie présente une étude expérimentale pour établir une correction du critère de Paschen. Un bobinage de moteur électrique est très loin des hypothèses dans lesquelles ce critère a été originellement défini. Enfin, la cinquième partie est consacrée à l'élaboration de l'outil d'aide au design du SIE. Des abaques sont construites afin de fournir des recommandations sur le dimensionnement des différents isolants dans une encoche de stator. Une réduction du SADP due à une variation combinée de la température et de la pression est prise en compte
Reducing CO2 emissions is a major challenge for Europe in the years to come. Nowadays, transport is the source of 24% of global CO2 emissions. Aviation accounts for only 2% of global CO2 emissions. However, air traffic is booming and concerns are emerging. For instance, CO2 emissions from air traffic have increased by 61% in Sweden since the 1990s. This explains the emergence of the "Flygskam" movement which is spreading in more and more European countries. It is in this context that the European Union launched in September 2016 the project Hybrid Aircraft Academic research on Thermal and Electrical Components and Systems (HASTECS). The consortium brings together different laboratories and Airbus. This project is part of the program "Clean Sky 2" which aims to develop a greener aviation. The ambitious goal is to reduce CO2 emissions and the noise produced by aircraft by 20% by 2025. To do that, the consortium is studying a serial hybrid architecture. Propulsion is provided by electric motors. Two targets are defined. In 2025, the engines must reach a power density of 5kW/kg, including the cooling system. In 2035, the power density of the engines will be doubled to reach 10kW/kg. To reach these targets, the voltage level will be considerably increased, beyond one kilovolt. The risk of electric discharges in the stators of electric motors is considerably increased. The objective of this thesis is to develop a tool to assist in the design of the primary Electrical Insulation System (EIS) of the stator of an electric motor controlled by a converter. It is organized in 5 parts. The first part begins by clarifying the issues and challenges of a greener aviation. The electric motor stator EIS is developed. Finally, the constraints that apply to the EIS in the aeronautical environment are identified. The second part presents the different types of electric discharges that can be found. The main risk comes from Partial Discharges (PD) which gradually deteriorate the EIS. The main mechanism for explaining the appearance of PD is the electronic avalanche. The Paschen criterion makes it possible to evaluate the Partial Discharge Inception Voltage (PDIV). Different techniques are used to detect and measure the activity of PD. Numerical models are used to evaluate the PDIV. The third part presents an original method for determining the electric field lines in an electrostatic problem. It only uses a scalar potential formulation. The fourth part presents an experimental study to establish a correction of the Paschen criterion. An electric motor winding is very far from the hypotheses in which this criterion was originally defined. Finally, the fifth part is devoted to the development of the SIE design aid tool. Graphs are generated to provide recommendations on the sizing of the various insulators in a stator slot. A reduction in the PDIV due to a combined variation in temperature and pressure is taken into account

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Moeneclaey, Julien. "Méthode de conception des bobinages des actionneurs électriques adaptés aux nouvelles contraintes de l'avionique." Thesis, Artois, 2015. http://www.theses.fr/2015ARTO0201/document.

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Le développement d’avions plus électriques se traduit par une plus grande utilisation d'actionneurs électriques qui remplacent des systèmes hydrauliques et pneumatiques existants ou répondent à de nouveaux besoins. La distribution de l'énergie à bord est basée sur un réseau continu 540V connecté à des convertisseurs électroniques de puissance. Les composants électroniques de puissance à grands gaps (SiC, GaN) améliorent les performances des convertisseurs mais les fronts de tension très raides sont imposés aux bobinages des actionneurs électriques. Chaque front excite un régime transitoire comportant une surtension importante et donc des champs électriques intenses dans l’isolation inter-spires des bobines. Lorsque cette contrainte électrique répétitive dépasse le seuil d'apparition des décharges partielles (PDIV), la durée de vie des couches organiques qui isolent les spires est fortement réduite. L'étude détaillée des décharges partielles (DP) dans l'espace qui sépare les fils émaillés des bobinages permet de situer les zones dans lesquelles les DP se produisent. Elle montre que le thermocollage, avec des surépaisseurs adaptées de thermocolle, permet d'élever le PDIV au-delà des pointes répétitives de tension pour les actionneurs qui fonctionnent dans les parties pressurisées des avions. Des solutions ordonnées de bobinages ont été expérimentées sur des bobines cylindriques imprégnées. Cette analyse montre que l'imprégnation augmente légèrement le PDIV de l'isolation inter-spires dans des proportions qui ne correspondent pas totalement aux caractéristiques intrinsèques du vernis utilisé. Par conséquent, les bobines imprégnées doivent être conçues sur la base des performances de l'isolation primaire du fil émaillé. L’arrangement des spires dans une bobine ordonnée permet de répartir les contraintes et donc de concevoir des bobines qui résistent aux pointes de tension répétitives imposées par l'onduleur aux basses pressions correspondant aux zones non pressurisées d'un avion en vol. Un modèle, basé sur un schéma équivalent HF prenant en considération les deux premières résonances des bobines élémentaires, permet d'analyser la répartition des contraintes entre les bobines connectées en série d'une phase
The More Electric Aircraft development is reflected by a bigger use of the electrical actuators, which replace the hydraulic or pneumatic system existing or they can also answer to new needs. The energy distribution on board is based on a high voltage continuous bus of 540V connected to electrical power converter. The electric power wide band gap components (SiC, GaN) improve the converters performances but very steep of voltage edge is imposed on the windings of the electric actuators. Each edge excites a transitory regime including an important surge which corresponds to intense electric fields in the inter-turns insulation of coils. When this repetitive electrical constraint exceeds the partial discharges inception voltage (PDIV), the life time of the organic layer between the turns is strongly reduced. The detailed study of the partial discharges (PD) in the area which separate the enamel wire of the windings allows to locate the area where the PD appears. The use of thermo-bonding, with a bonding thickness adapted, allows to raise PDIV beyond the repetitive edge of voltage for the actuators which work in the pressurized parts of the planes. The orderly windings solutions were tested on impregnated cylindrical coils. This analysis shows that the impregnation increases slightly the PDIV from the inter-turns insulation in proportions that do not totally correspond to the intrinsic characteristics of the used varnish. Therefore, the impregnated coils must be conceived on the basis of the primary insulation performance of the enamelled wire. The turn’s arrangement in an orderly coil allows to distribute the constraints and so to conceive the windings which can resist the compulsory repetitive of voltage spikes by the inverter in low pressures corresponding to not pressurized zones in a plane during the flight. A model, based on HF equivalent schema taking in consideration the first two resonances of the elementary coils, allows to analyse the constraints distribution between the coils connected in series of a machine phase

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Reynes, Hugo. "Conception d'un module électronique de puissance pour application haute tension." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEI035.

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Abstract:

Satisfaire les besoins en énergie de manière responsable est possible grâce aux énergies renouvelables, notamment éoliennes et solaires. Cependant ces centres de captation d’énergie sont éloignés dans zones de consommation. Le transport de l’énergie via des réseaux HVDC (haute tension courant continu) permet un rendement et une flexibilité avantageuse face au transport HVAC (haute tension courant alternatif). Ceci est rendu possible grâce aux convertisseurs utilisant l’électronique de puissance. Les récents développements sur les semi-conducteurs à large bande interdite, plus particulièrement le carbure de silicium (SiC) offrent la possibilité de concevoir ces convertisseurs plus simples, utilisant des briques technologiques de plus fort calibre (≤ 10 kV). Cependant le packaging, essentiel à leur bon fonctionnement, ne suit pas ces évolutions. Dans cette thèse, nous explorons les technologies actuelles ainsi que les limites physique et normatives liées au packaging haute tension. Des solutions innovantes sont proposées pour concevoir un module de puissance haute tension, impactant que faiblement les paramètres connexes (résistance thermique, isolation électrique et paramètres environnementaux). Les éléments identifiés comme problématiques sont traités individuellement. La problématique des décharges partielles sur les substrats céramiques métallisés est développée et une solution se basant sur les paramètres géométriques a été testée. Le boitier standard type XHP-3 a été étudié et une solution permettant de le faire fonctionner à 10 kV à fort degré de pollution a été développée
The supply of carbon-free energy is possible with renewable energy. However, windfarms and solar power plants are geographically away from the distribution points. Transporting the energy using the HVDC (High Voltage Direct Current) technology allow for a better yield along the distance and result in a cost effective approach compared to HVAC (High Voltage Alternative Current) lines. Thus, there is a need of high voltage power converters using power electronics. Recent development on wide bandgap semiconductors, especially silicon carbide (SiC) allow a higher blocking voltage (around 10 kV) that would simplify the design of such power electronic converters. On the other hand, the development on packaging technologies needs to follow this trend. In this thesis, an exploration of technological and normative limitation has been done for a high voltage power module design. The main hot spot are clearly identified and innovative solutions are studied to provide a proper response with a low impact on parasitic parameters. Partial Discharges (PD) on ceramic substrates is analyzed and a solution of a high Partial Discharge Inception Voltage (PDIV) is given based on geometrical parameters. The XHP-3 like power modules are studied and a solution allowing a use under 10 kV at a high pollution degree (PD3) is given

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Salameh, Farah. "Méthodes de modélisation statistique de la durée de vie des composants en génie électrique." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2016. http://oatao.univ-toulouse.fr/16622/1/Salameh_Farah.pdf.

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La fiabilité constitue aujourd’hui un enjeu important dans le contexte du passage aux systèmes plus électriques dans des secteurs critiques tels que l’aéronautique, l’espace ou le nucléaire. Il s’agit de comprendre, de modéliser et de prédire les mécanismes de vieillissement susceptibles de conduire les composants à la défaillance et le système à la panne. L’étude des effets des contraintes opérationnelles sur la dégradation des composants est indispensable pour la prédiction de leur durée de vie. De nombreux modèles de durée de vie ont été développés dans la littérature dans le contexte du génie électrique. Cependant, ces modèles présentent des limitations car ils dépendent du matériau étudié et de ses propriétés physiques et se restreignent souvent à un ou deux facteurs de stress, sans intégrer les interactions pouvant exister entre ces facteurs. Cette thèse présente une nouvelle méthodologie pour la modélisation de la durée de vie des composants du génie électrique. Cette méthodologie est générale ; elle s’applique à différents composants sans a priori sur leurs propriétés physiques. Les modèles développés sont des modèles statistiques estimés sur la base de données expérimentales issues de tests de vieillissement accéléré où plusieurs types de stress sont considérés. Les modèles visent alors à étudier les effets des différents facteurs de stress ainsi que de leurs différentes interactions. Le nombre et la configuration des tests de vieillissement nécessaires à construire les modèles (bases d’apprentissage) sont optimisés de façon à minimiser le coût expérimental tout en maximisant la précision des modèles. Des points expérimentaux supplémentaires aléatoirement configurés sont réalisés pour valider les modèles (bases de test). Deux catégories de composants sont testées : deux types d’isolants couramment utilisés dans les machines électriques et des sources de lumière OLED. Différentes formes des modèles de durée de vie sont présentées : les modèles paramétriques, non paramétriques et les modèles hybrides. Tous les modèles développés sont évalués à l’aide de différents outils statistiques permettant, d’une part, d’étudier la pertinence des modèles et d’autre part, d’évaluer leur prédictibilité sur les points des bases de test. Les modèles paramétriques permettent de quantifier les effets des facteurs et de leurs interactions sur la durée de vie à partir d’une expression analytique prédéfinie. Un test statistique permet ensuite d’évaluer la significativité de chacun des paramètres inclus dans le modèle. Ces modèles sont caractérisés par une bonne qualité de prédiction sur leurs bases de test. La relation entre la durée de vie et les contraintes est également modélisée par les arbres de régression comme méthode alternative aux modèles paramétriques. Les arbres de régression sont des modèles non paramétriques qui permettent de classifier graphiquement les points expérimentaux en différentes zones dans lesquelles les contraintes sont hiérarchisées selon leurs effets sur la durée de vie. Ainsi, une relation simple, graphique, et directe entre la durée de vie et les contraintes est obtenue. Cependant, à la différence des modèles paramétriques continus sur le domaine expérimental étudié, les arbres de régression sont constants par morceaux, ce qui dégrade leur qualité de prédiction sur la base de test. Pour remédier à cet inconvénient, une troisième approche consiste à attribuer un modèle linéaire à chacune des zones identifiées avec les arbres de régression. Le modèle résultant, dit modèle hybride, est donc linéaire par morceaux et permet alors de raffiner les modèles paramétriques en évaluant les effets des facteurs dans chacune des zones tout en améliorant la qualité de prédiction des arbres de régression.

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Dissertations / Theses on the topic 'Décharge partielle'

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