Dynamic modeling of AC arc development on ice surfaces

Les lignes aériennes de transport d'énergie électrique, parcourent de longues distances et traversent en général des régions très différentes de par leur relief (topographie du terrain, altitude, etc.), leur climat (température, pression, vent, etc.), leur environnement (zones industrielles, régions côtières, etc.). De ce fait, les équipements de transport d'énergie électrique sont exposés à diverses formes et degrés de contraintes. Parmi celles-ci, la pollution et le givrage atmosphérique des isolateurs sont reconnues comme étant les facteurs majeurs à l'origine des défauts enregistrés sur les lignes aériennes. Dans ce contexte, l'amélioration de la connaissance des processus physiques fondamentaux à l'origine de l'initiation de l'arc électrique est nécessaire si l'on veut augmenter la fiabilité du transport d'énergie électrique par voie aérienne dans les régions froides. Ces investigations contribueront à la conception et à la fabrication appropriée d'isolateurs adaptées aux régions froides. Dans le cadre de cette étude, un modèle dynamique auto cohérant en courant alternatif sera présenté et discuté dans le but de simuler et de prédire le comportement de l'arc électrique à la surface d'isolateurs recouverts de glace. Ce modèle considère l'arc comme une impédance variable dans le temps, constituée d'une résistance en série avec une inductance. La résistance de l'arc durant la période de propagation, est déterminée en utilisant l'équation de Mayr. La couche résiduelle de glace non encore franchie par l'arc est remplacée par une résistance équivalente dont la conductivité surfacique est calculée en tenant compte de l'effet de l'eau de fonte. Un organigramme exhaustif a été établi pour modéliser les deux dernières étapes de la propagation de l'arc, à savoir l'établissement d'un arc partiel suivi de sa propagation. Cet organigramme incorpore une tentative d'explication du phénomène de contournement des isolateurs recouverts de glace. Le modèle répond à la variation d'un certain nombre de paramètres principaux, à savoir, la longueur de l'isolateur, la conductivité de l'eau de congélation appliquée, et le diamètre de isolateur. Plusieurs expériences ont été effectuées sur un modèle cylindrique simplifié, ainsi que sur une unité d'isolateur de poste standard, afin de corroborer les résultats de simulation. Plusieurs longueurs d'isolateur et conductivités d'eau de congélation ont été considérées au cours des expériences. Le modèle en question a été comparé aux résultats expérimentaux, et les résultats simulés reflètent d'une façon cohérente les effets de tous les paramètres principaux. Le modèle s'est avéré fiable en prévoyant les variables principales du phénomène de propagation d'arc telles que la tension critique de contournement, le courant d'arc, et la vitesse de propagation dans une certaine marge des paramètres.

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