decharge dans les gaz

Master 02 Réseaux électriques
Module : Technique de haute tension Groupe 01
Décharge dans les gaz
Réaliser par :
REMILI ABDERRAOUF
BADJI FARID
émeTh

Décharge dans les gaz
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Sommaire
1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2. Généralité sur les décharges électriques . . . . . . . . . 2
3. Phénomenes de décharge dans les gaz . . . . . . . . . 3
a) Caractéristique courant tension . . . . . . . . . . 4
4. Régimes de décharges dans les gaz . . . . . . . . . . . 4
5. Caractéristique de décharge dans les gaz . . . . . . . . 6
5.1Avalanche électronique (décharge Townsend) . . . . . 6
5.2 Streamer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
6.Effet Corona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
6.1Mécanisme d'effet coronne . . . . . . . . . . . . . . . 11

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1. Introduction :
Les structures isolantes mixtes solides / gaz sont présentes dans de
nombreux appareillages à haute et moyenne tensions comme les
transformateurs et condensateurs de puissance, les disjoncteurs et les
câbles ainsi que dans les réseaux de transport et de distribution d’énergie
électrique (isolateurs de support et de traversée). Dans certains
composants, comme les disjoncteurs isolés au gaz, par exemple, les
isolants solides sont utilisés comme enveloppe de l’appareil et comme
support (buse) pour les électrodes Contacts); le gaz est utilisé pour ses
propriétés isolantes et pour le soufflage de l’arc. Dans le cas des
transformateurs de puissance, en plus de l’isolation des bobinages et des
traversées, les solides servent comme panneaux (rôle mécanique) et
comme barrière isolante en particulier dans les transformateurs cuirassés.
Les caractéristiques et donc la qualité d'une structure isolante mixte (ou
hybride) dépend des propriétés de ses constituants. Ainsi, l’utilisation de
l’hexafluorure de souffre (SF6) permet de réduire le poids et les
dimensions des composants et systèmes et d’améliorer leur fiabilité grâce
à la grande affinité électronique de la molécule de SF6 et de sa grande
section efficace. Cependant, malgré les bonnes performances (pouvoir de
coupure élevé, bonne tenue diélectrique, stabilité thermique…) de cette
molécule, sa durée de vie (évalué à plus de 3000 ans) et son potentiel de
réchauffement climatique (23900 fois celui du CO2 par période) de 100
ans) trop élevé, font de ce gaz un agent aggravant de l'effet de serre; il est
dans le collimateur des organisations internationales environnementales .

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2. Généralités sur les décharges électriques
Les plasmas de décharges réalisés au laboratoire et utilisés pour des
applications technologiques sont des milieux faiblement ionisés contenant des
électrons libres, des ions positifs et des ions négatifs. Selon les valeurs de
température et / ou de degré d’ionisation ces plasmas peuvent être classés en
deux grandes catégories: les plasmas thermiques et les plasmas non thermiques
hors équilibre . Selon les techniques utilisées pour générer, la pression
appliquée et la géométrie des électrodes, les plasmas hors de l'équilibre se
présentent sous différentes formes telles que la décharge luminescente,
couronne ou encore les décharges à barrière diélectrique (DBD) .
La décharge luminescente est une décharge obtenue le plus souvent à basse
pression (moins de 10 mbar), entre deux électrodes plans. Les électrons
produits dans ce type de décharge sont fortement énergétiques. Les atomes
neutres excités ainsi que les molécules génèrent une luminescence typique
(comme dans les tubes fluorescents). Cependant, les décharges luminescentes
ou ce que l’on appelle aussi les décharges glow, ne sont pas adaptées pour la
synthèse chimique . Notons que des décharges luminescentes à pression
atmosphérique ont été développées très récemment .
La décharge couronne est une décharge non homogène, vérifie à pression
atmosphérique dans un système d’électrodes fortement dissymétriques , En
effet, lors de la décharge, l’électrode de faible rayon de courbure soumise à une
haute tension est le siège d’un fort champ électrique, qui constitue le facteur clé
dans l’ionisation des espèces neutres présentes dans le gaz .
La décharge à barrière diélectrique, ou ce que l’on appelle aussi la décharge
silencieuse, combine le grand volume d’excitation de la décharge glow avec les
caractéristiques haute pression de la couronne. Dans ce type de décharges, un
diélectrique couvre l’une des électrodes. la surface entière de l’électrode
devient efficace pour les réactions chimiques [23]. La DBD est initiée en
chaque point du gap. Les charges ainsi cumulées sur le diélectrique forment un
champ électrique qui s’oppose au champ appliqué et permet d’interrompre le
pendentif le courant de quelques nanosecondes. La durée du pouls de courant
dépend de la pression, des propriétés du gaz ainsi que de la nature du matériau
diélectrique .

Décharge dans les gaz
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Les mécanismes à l’origine de l’initiation et du maintien des décharges
électriques sont multiples. Ils dépendent des techniques utilisées pour
l’initiation et des conditions ambiantes de pression et de composition des gaz
plasmagènes . Ces mécanismes sont revus dans les paragraphes qui surviennent
dans le cas de deux types de décharges. Les décharges continue basse pression
qui était les systèmes les plus étudiés du point de vue académique et les
décharges à pression atmosphérique dans les systèmes couronne .
Décharge Glow
Décharge Couronne
DBD ou décharge
silencieuse
Pression
< 10mbar à1
1 bar
1 bar
Champ
électrique
10V/cm
0.5-10kV/cm
variable
0.1-100kV/cm
variable
Champ
Électrique
réduit
50Td
2-200Td
variable
1-500Td
tableau 1 : Paramètres caractéristiques des décharges dans les
gaz
3. Phénomènes de décharges dans les gaz :
Le gaz le plus abondant et le plus utilisé de tout temps dans l’isolation
électrique (lignes aériennes, électrostatique ...) est l'air. Cependant, d'autres
gaz tels que l'azote (N2), le dioxyde de carbone (CO2) et surtout
l'hexafluorure de soufre (SF6) connaître, depuis plus de trois Décennie, un
succès grandissant dans le domaine des systèmes haute tension (postes
blindés , câbles à isolation gazeuse, ...). Leur utilisation a permis
d’améliorer la fiabilité des systèmes et d’en réduire leurs poids et
dimensions.
Sous l’effet d’agents ionisants naturels ou artificiels (UV, X, γ), les gaz
peuvent perdre leurs propriétés diélectriques et devenir plus ou moins
conducteurs. Cette perte de propriétés (ionisation) se traduit par la
dissociation de molécules neutres en électrons et en ions. En présence d'un
champ électrique entre les électrodes (plans et parallèles), le mouvement
provoqué par les porteurs de charges (en augmentation) donne naissance à