Collaboration UM/Schneider Electric : Nouveaux matériaux diélectriques gradateurs de champ électrique

Coordinateur du projet :

Renaud Metz, L2C, Montpellier

Partenaires :

Schneider Electric

Objectif du projet :

L’isolation électrique des équipements électriques de moyenne tension (HTA) est industriellement et historiquement assurée par l’hexafluorure de soufre (SF6). Ce gaz est l’un des six types de gaz à effet de serre visés par le protocole de Kyoto ainsi que dans la directive 2003/87/CE. Son potentiel de réchauffement global (PRG) à cent ans est 23 500 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone.

Fig. 1 : Diagrammes illustrant les interprétations effectuées à partir d’une étude de microtomographie pour expliquer la présence de deux seuils de percolation. (Conductivité apparente mesurée à 40°C, 1 kVmm-1, RH<20%, 1800:1800s en fonction de la concentration en carbure de silicium.)

Dans ce contexte, il est question de l’éliminer de la conception des nouvelles installations. Il s’agit d’une transition industrielle qui ne va pas sans problème. Les diélectriques se retrouvent en effet soumis à des champs électriques très élevés.

Fig. 2 : Simulation d’une traversée de moyenne tension de 15kVrms. Norme et direction du champ électrique au voisinage d’une couche de métallisation disposée sur un isolant à base de résine epoxy chargée de silice.

Une des solutions pour confiner ces excès de champ électrique consiste à mettre en œuvre des nouveaux matériaux diélectriques dont la caractéristique conductivité-champ est non linéaire.

En effet, à partir d’un champ électrique seuil, la conductivité volumique augmente avec le champ électrique: σ =f(E^α), avec α > 4. Nous élaborons des diélectriques composites particulaires à matrice polydimethylsiloxane chargés de particules micro et nanocharges à base de carbone.

Nos recherches visent à la compréhension des mécanismes physiques à l’origine des effets de non-linéarité par une approche expérimentale confrontée à des simulations et à déterminer un protocole efficient de mise en œuvre de ces matériaux à l’échelle pilote.