TH T2216 Jncho

NO D’ORDRE . ECC 2011 -04 ANNEE 2011 THÈSE présentée devant ‘ÉCOLE CENTRALE DE LYON pour obtenir le grade de DOCTEUR (Arrêté du 30/03/1992) Spécialité : Génie Électrique tel-00627891, verso Préparée au sein de L’ÉCOLE DOCTORALE 56 p g ELECTRONIQUE, ELECTROTECHNIQUE, AUTOMATIQUE DE LYON par Janvier Sylvestre N’CHO DEVELOPPEMENT DE NOUVELLES METHODES DE DIAGNOSTIC ET DE REGENERATION DES HUILES POUR TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE Soutenue le 10 mars 2011 devant la commission d’examen JURY : MM. C. BROSSEAU Professeur – Université de Bretagne Occidentale – Brest Président Claude professeur AMPERE

ECC NICOLAS Alain NICOLAS Laurent directeur de recherche CNRS/ECL SCORLETTI Gérard SIMONET pascal chargé de recherche 2 OF Yves SAI NT-GIRONS Guillaume SEASSAL Christian SOUTEYRAND Eliane TARDY Jacques 3 OF conférences TDS ECL DANESCU Alexandre maître de conférences FOUVRY Siegfrid GEORGES Jean-Marie professeur émérite GU ERRET Chrystelle 4 OF pour tous les précieux conseils et leçons scientifiques, son soutien, sa disponibilité, la confiance qu’il tel-00627891, verson 1 – 29 sep 2011 m’a témoignée et ses grandes qualités humaines.

Je remercie également M. Thomas AKA, Maître de Conférences ? ‘École Centrale de Lyon, co-encadrant, pour son soutien tout au long de la thèse. J’adresse mes vifs remerciements à M. Laurent Nicolas, Directeur du Laboratoire AMPERE qui a bien voulu m’accueillir dans son unité de recherche, au Professeur Philippe AURIOL ancien directeur du département Electrotechnique, Electronique et Automatique (EEA) de l’École Centrale de Lyon ainsi qu’au Professeur Alain Nicolas, Responsable de la formation doctorale. Que M.

Christian BROSSEAU, professeur à l’université de Bretagne Occidentale – Brest et M. Serge AGNEL Professeur à l’Université de Montpellier Il, trouvent ici es sincères remerciements pour avoir accepté d’examiner ce travail et d’en être les rapporteurs. Je ne remercierai jamais assez la CRC ISOLIME où la plupart des expériences ont été réalisées. Et je ne remercierai jamais assez son titulaire M. Issouf FOFANA, Professeur à l’Université du Québec à Chicoutimi pour sa rigueur scientifique, sa disponibilité, ses nombreux conseils et son soutien sans faille.

Qu’il trouve ici l’expression de ma profonde reconnaissance. S OF de mobilité Internationale Explora Doc. Je voudrais remercier particulièrement M. John Sabau, INSOIL Canada Ltd, vec qui j’ai eu des échanges fructueux sur certains aspects de mon travail de thèse. Les précieux documents qu’il m’a fait parvenir m’ont permis d’améliorer mes connaissances sur les transformateurs de puissance et aussi ? agrémenter la partie tel-00627891, version 1 -29 sep 2011 rédactionnelle de la thèse.

Je remercie tout le personnel technique et administratif du laboratoire AMPERE en particulier Josiane CHABERT et Marie-Christine HAVGOUDOUKIAN pour leur gentillesse et leur disponibilité. Un grand remerciement à tous mes collègues chercheurs du : Sanaa, Viet Hung Osman, Ogbi, Slama, Jean, Samuel, Amine, Boubekeur, Yoann & Avinach. Ensemble, nous avons réussi à créer une superbe ambiance au sein et en dehors du laboratoire. Je n’oublie pas aussi mes collègues de la CRC ISOLIME avec qui j’ai passé de bons moments : Abdelghafour, Luc Loiselle, Yazid, Youssef, Fethi et Hossein.

Je voudrais dire Merci à toute ma famille pour leur prière constante à mon égard et leur soutien tout au long de mes études et de mon doctorat. Enfin, un grand MERCI à ma fiancée Danielle Annick pour sa patience et son inconditionnel soutien. Résumé informations de diagnostic sur l’état des transformateurs. Le défi consiste à y accéder et à les utiliser fficacement. L’atteinte d’un tel objectif passe nécessairement par des techniques de diagnostic fiables.

En plus des techniques traditionnellement utilisées, trois nouvelles techniques de diagnostic issues des normes ASTM sont utilisées : (1) le test de stabilité qui permet de simuler le comportement sous champ électrique d’une huile en fournissant des informations sur la qualité de celle-ci ; (2) la spectrophotométrie UV/Visible qui permet de mesurer la quantité relative de produits de décomposition dissous dans l’huile ; et (3) la turbidité qui mesure la pureté d’une huile neuve ou usagée.

Une méthode quantitative permettant de déterminer les paramètres affectant la formation du soufre corrosif sur les conducteurs en cuivre dans les transformateurs de puissance est proposée. Il est montré entre autres que la tendance au gazage des esters naturels est plus faible que celle de tous les autres types d’huile (minérales, esters synthétiques, silicone). La turbidité et la spectrophotométrie UV/VisibIe permettent de quantifier efficacement les contaminants qui résultent de l’action d’une décharge électrique sur l’huile isolante.

Un nombre important de cycles de régénération (au moins 15) est nécessaire pour qu’une uile vieillie en service retrouve les aptitudes d’une huile neuve. Une nouvelle technique de régénération est présentée pour réduire le nombre d énération ; celle-ci OF nuisible dans la formation de soufre corrosif. L’action combinée du temps et de l’agressivité de l’oxygène dissous l’accélère fortement. Mots clés : Transformateurs de puissance, huiles isolantes, diagnostics, test de stabilité, suspensions colloïdales, produits de décomposition dissous, régénération des huiles, Terre ? foulon, soufre corrosif.

Abstract A power transformer outage has a dramatic financial consequence not only for electric ower systems utilities but also for Interconnected customers. In order to prevent any failure and to optimize their maintenance, various diagnostic techniques and tools have been developed. Insulating oil contains about 70% of diagnostic information on the transformer condition. The challenge is to access and use them efficiently. To meet this objective reliable diagnostic techniques are required. n addition to traditional testing methods, three recently developed ASTM testing techniques were used: (1) oil stability testing that simulates the behavior of oil under electrical stress by providing Information on its quality; (2) the IJV/Vis pectrophotometry that measures the amount of the relative dissolved decay products in tel-00627891, version 1 -29 Sep 2011 insulatine oil; and (3) the t 8 OF easures the puritv of silicone oil). The turbidity and LJV/Vis spectrophotometry allow quantifrying effectively, the relative amount of contaminants resulting from electrical discharge in oils.

A large number of reclamation cycles (around 15 passes) are required for in-service aged oil to regenerate to the level of new ail. A new technique enabling reducing the number of reclamation cycles is proposed; thls latter consists in the use of Fulleffs Earth previously treated With dry itrogen. It is also shown that, time is the most influential parameter in the formation of corrosive sulfur. The process IS accelerated when time and aggressiveness of oxygen are partnered.

Kewuords: Power transformers, insulating oils, diagnostic, stability test, colloidal suspensions, dissolved decay products, oil reclamation, Fuller s Earth, Corrosive sulfur. TABLE DES MATIERES INTRODUCTION GENERALE CHAPITRE I : PRESENTATION GENERALE DES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE 7 1. Introduction 9 2. Constitution des transformateurs de puissance 9 OF 4. Vieillissement et dégradation des isolants — 41. Dégradation de l’huile minérale 4. 1 . 1. Mécanisme de l’oxydation — 42. Vieillissement du papier – Mécanismes de 10 3. . 1. Huiles minérales isolantes 3. 1. 2. Huiles synthétiques . 13 tel-00627891, version 1 29 sep 2011 3. 1-3. Les huiles végétales ou esters naturels 15 3. 1. 4. Choix d’un liquide isolant pour une application spécifique . . 16 3,2. Isolation solide 17 3. 2. 1. Papier et carton 3. 3. Complexe huile/ papier . 18 22 19 dégradation 4. 3. Vieillissement du complexe huile/ papier 21 44. Récapitulatif du vieillissement de l’huile et du paper . 4. 5. Vieillissement des accessoires 23 • 24