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Vieillissement électrique et thermique d'un composite résine époxyde-silice: étude des charges d'espace et de la conduction Christophe GUILLERMIN 17 mai 2004 Contexte de l'étude Enjeux de l'étude Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Optimisation de l'isolation volumique pour: • réduire les coûts de fabrication • réduire la taille des appareils • garantir le matériel pendant 30 ans Règles de dimensionnement Choix de nouveaux matériaux Contraintes maximales Matériaux/Formulations adaptés au contraintes Étude des mécanismes de vieillissement des isolants 2/40 Contexte de l'étude Problématique Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Vieillissement des isolants organiques État initial = matériau sans défaut Apparition d'une cavité Phase lente déterminante pour la durée de vie Croissance de la cavité Décharge partielle dans le matériau Croissance d'une arborescence électrique État final = isolation rompue 3/40 Phase rapide et irréversible Contexte de l'étude Problématique Mécanismes de création et de croissance des cavités Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Injection bipolaire Charges accélérées Recombinaison de charges Molécules à l'état excité Ionisation par impact Énergie lumineuse U.V. ? Rupture de liaisons Cavités Dissado 2001 4/40 Les charges électriques sont à l'origine des défauts Rôle de la température ? Contexte de l'étude Objectifs Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Compréhension des mécanismes Mettre en évidence le développement de charges d'espace dans le matériau Évaluer l'influence du champ électrique et de la température sur la génération des charges d'espace Diagnostic du vieillissement 5/40 Déterminer des indicateurs du vieillissement Suivre l'évolution des propriétés dans le temps Plan de l'exposé Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 6/40 Contexte de l'étude Étude des charges d'espace Étude des courants dans l'isolant Vieillissement du matériau composite Conclusions Contexte de l'étude Matériaux et échantillons Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 7/40 Matrice de résine époxyde (40%w) + Charge minérale SiO2 (60%w) Propriétés: Tv = 65°C, r = 1,8 g/cm3 Applications: traversées, transformateurs secs, enveloppes disjoncteurs Échantillons: champ homogène, épaisseur 0,5 mm Plaques: électrodes Al métallisées Enrobages: électrodes Al moulées Plan de l'exposé Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 8/40 Contexte de l'étude Étude des charges d'espace Étude des courants dans l'isolant Vieillissement du matériau composite Conclusions Étude des charges d'espace Définitions Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 9/40 Charges d'espace: ChargesHétérocharges Homocharges Polarisation électriques dans le volume de l'isolant Sous champ: Orientation des dipôles migration charges Injection àde partir des vers électrode électrodesde signe opposé + - ++ - + +- + + Hors champ: Charges induites induites: - positives négativesààlalacathode cathode - négatives positives ààl'anode l'anode ++- ++ + ++ - + + - ++ + - - + + - - + + - - + + - - + + - - +- + +-- + +-- + - +++-- ++- +V Étude des charges d'espace Principe de la mesure Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Méthode de l'impulsion de pression Déplacement des charges par une onde de pression Mesure du courant induit Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Signal Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions - + + + + + + i Ai z Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives Représentation de la distribution de charges dans l'épaisseur 10/40 Étude des charges d'espace Dispositif expérimental Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives Méthode de l'impulsion de pression: onde créée par impulsion laser Étuve HT continue Laser Ampli PC Commande / Acquisition Oscilloscope numérique Tension continue Laser impulsionnel proche IR (6 ns, l=1064 nm) Bande passante 400 MHz - sensibilité de quelques µA 11/40 Étude de la conduction Exemples de mesures Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 12/40 3.0 3.0 0.8 Charges capacitives Charges induites 1.5 0.0 0.75 Signal (mV) Signal (mV) Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Mesures sur des plaques (20 kV/mm) 0.85 0.95 1.05 1.5 0.4 0.0 0.75 Charges d'espace 0.85 0.95 Charges d'espace -1.5 -0.4 -1.5 1.05 t (µs) t (µs) Mesure sous champ Mesure hors champ Signal V(t) ~ q(x) Meilleure sensibilité avec mesures hors champ Étude des charges d'espace Résultats Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 13/40 Expériences réalisées Comparaison des échantillons Comportement à 55°C (T<Tv) Comportement à 80°C (T>Tv) Effet d'un traitement sous vide sur le comportement à 80°C Mesures dans la résine chargée Étude des charges d'espace Résultats Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons 0.8 0.4 0.4 0 0.0 0.75 Signal (mV) Signal (mV) Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Comparaison plaques-enrobages 0.7 0.8 -0.4 0.85 0.95 1.05 -0.8 -0.4 Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions 0.6 t (µs) t (µs) Exemples: mesures hors champ après 5 minutes sous 20 kV/mm à 55°C Plaque charges négatives dans toute l'épaisseur Enrobage aucune charge en volume Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives Injection facilitée dans les plaques Utilisation des enrobages, plus proches des applications 14/40 0.9 Étude des charges d'espace Résultats Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Comportement à 55°C (T<Tv) Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives Signal (mV) 0.5 0 0.65 -0.5 -1 0 4 Champmoyenne électriquede (kV/mm) Densité charges 3 (µC/cm ) 1 3 -5 Eint 4 kV/mm E = 13 kV/mm 2 0.75 -10 0.85 1 -15 0 0.0 1 0.1 t (µs) 0.95 Polarisation sous 10 kV/mm - 30 min -1h - 1 h 30 -2h - 2 h 30 10 0.3 0.2 0.4 Champ appliqué z (mm) (kV/mm) 100 0.5 Injection bipolaire (homocharges) simultanée dès 2 kV/mm Augmentation puis stabilisation de la quantité de charges en volume Augmentation de la quantité de charge en volume avec E Augmentation très forte à partir de 13 kV/mm Accumulation de charges dans le volume réduction du champ aux électrodes = limitation de l'injection de charges 15/40 Étude des charges d'espace Résultats Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons 1.5 hétérocharges 1.0 Signal (mV) Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Comportement à 80°C (T>Tv) 0.5 0.0 0.6 0.7 0.8 0.9 1 -0.5 -1.0 électrodes -1.5 Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 16/40 t (µs) Charges positives mobiles accumulées à la cathode Charges négatives dans le volume restant (peu mobiles) Dissociation de charges (Ezoe 2001) H20 H+ + OHou R-COOH H+ + R-COO- Étude des charges d'espace Résultats Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Influence d'un traitement sous vide (72 h - 80°C - 0,1 mbar) 0.8 Avant traitement hétérocharges positives + charges négatives 0.4 Signal (mV) Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons 0 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0.9 1 -0.4 -0.8 -1.2 t (µs) Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 0.8 Après traitement homocharges positives et négatives + faibles hétérocharges positives 0.4 Signal (mV) Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions 0 0.6 0.7 0.8 -0.4 -0.8 -1.2 t (µs) Différences attribuées à la présence d'eau dans le matériau 17/40 Étude des charges d'espace Résultats Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons 0.6 0.00 0.7 0.8 0.9 0.4 1.5 0.2 1.0 0.0 0.6 -0.2 1 1.1 0.7 1.2 1.3 1.4 Signal (mV) 0.25 Signal (mV) 0.50 Signal (mV) Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Résine chargée à t0 après 1h après 2h 0.5 0.0 0.8 0.7 0.9 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 -0.5 -0.25 -0.4 -1.0 Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions -0.50 Résine pure -0.6 Résine chargée t (µs) Résine chargée Résine pure -1.5 t (µs) t (µs) Oscillations localisées dans toute l'épaisseur Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 18/40 Réflexion de l'onde aux interfaces silice-résine Comportement piézoélectrique de la silice (Holé 2004) 1.4 Étude des charges d'espace Conclusions Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 19/40 Effets d'interfaces électrode-isolant Différences entre plaques et enrobages Comportement à 55°C (T<Tv) Injection simultanée de charges positives et négatives (2 kV/mm) Abaissement du champ aux interfaces Champ seuil d'accumulation de charges à 13 kV/mm Comportement à 80°C (T>Tv) Charges générées à champ faible (2 kV/mm) Compétition entre dissociation et injection Effet de l'eau sur les charges générées Oscillations dans la résine chargée Piézoélectricité de la silice Plan de l'exposé Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 20/40 Contexte de l'étude Étude des charges d'espace Étude des courants dans l'isolant Vieillissement du matériau composite Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons HT continue Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions PC Acquisition Électromètre Étuve Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 21/40 Paramètres: Échantillons: enrobages 0,5 mm, résine pure et résine chargée Champs électriques: 2 à 35 kV/mm Températures: 55 et 80°C Étude des courants Protocole et définitions Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons IC IP Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives ID Protocole 3 h de polarisation 24 h de dépolarisation Définitions IC = Courant de Charge IT = Courant Transitoire (absorption) IP = Courant Permanent ID = Courant de dépolarisation (résorption) 22/40 Étude des courants Résultats Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 23/40 10-9 10-9 Absorption Résorption -10 10 t -0,85 10-11 10-11 10-12 1 10 -12 10 1 10 2 10 3 10 t (s) 4 10 5 10 I(t) t-n résine pure: n = 0,85 résine chargée: n = 1,0 Absorption Résorption I (A) 10-10 I (A) Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Courants transitoires à 55°C 2 10 3 10 t (s) 5 10 Dissymétrie absorption-résorption résine pure: 12 kV/mm résine chargée : 25 kV/mm Courants isochrones E Orientation dipolaire et / ou Conduction par saut (Das-Gupta 1976) 4 10 Injection et piégeage de charges Étude des courants Résultats Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons 10 t=100s t=1000s p = 0,68 t=10000s 1 I (nA) Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Courants transitoires à 80°C p = 0,54 0.1 p = 0,49 0.01 Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 1 10 E (kV/mm) 100 Stabilisation rapide des courants de charge Courants isochrones I(E) = Ep p1 I lié au mécanisme d'injection dès 2 kV/mm (Das-Gupta 1976) 24/40 Étude des courants Résultats Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 25/40 Identification des mécanismes des courants permanents Limitation par le volume: Poole-Frenkel: ln J/E E1/2 Courant limité par charge d'espace: log J log V Modèle de conduction par sauts: J sinh (elE/2kT) Limitation par l'interface électrode-isolant: Fowler-Nordheim: ln J/E2 (1/E) Schottky: ln J E1/2 Étude des courants Résultats Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 26/40 Mécanismes à 55°C ( résine pure, résine chargée) Courants limités par charge d'espace V l 1 J a 2l 1 L Résine pure: Etr = 17 kV/mm Résine chargée: Etr = 13 kV/mm Conduction par sauts (l = distance entre pièges) 17 kV/mm g = 2,00 g = 2,47 a = 1,04 a = 0,99 13 kV/mm l = 4 nm elE J a sinh 2 kT lpure = 4,0 nm lchargée = 5,6 nm l = 5,6 nm Étude des courants Résultats Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Mécanisme à 80°C ( résine pure, résine chargée) Injection Schottky ln J a bS E bS/kT = 6,0.10-4 kT bS/kT = 5,9.10-4 epure echargée = 4,4 Eint < V/d Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Hauteurs de barrière f fpure = 1,12 eV fchargée = 1,14 eV Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Injection rapportée à la proportion de résine sur une section résine pure = 1,3.10-9 A/cm2 résine chargée = 1,4.10-9 A/cm2 Conclusions Faits marquants Perspectives Injection dans la résine 27/40 Étude des courants Interprétation Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Représentation des courants permanents --- Conduction en volume --- Injection aux électrodes (Schottky) log I log I Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 28/40 log E log E A 55°C A 80°C Courant limité par la conduction Courant limité par l'injection Étude des courants Conclusions Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 29/40 Récapitulatif Température 55°C 80°C Transitoires Charges piégées Injection Permanents Courant limité par charge d'espace Conduction par saut Injection Schottky Courants Courants dus aux charges en volume à 55°C (T<Tv) à l'injection aux interfaces électrode-isolant à 80°C (T>Tv) Étude des courants Conclusions Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives Comparaison des effets de seuil à 55°C Matériau Résine pure Résine chargée Courants Transitoires 12 kV/mm 25 kV/mm Courants Permanents 17 kV/mm 13 kV/mm Charges d'espace 13 kV/mm - Observation Valeurs seuil = seuil d'observation Polarisation interfaciale dans la résine chargée ( 25 kV/mm) Conduction ohmique dans la résine pure ( 17 kV/mm) Es = 12-13 kV/mm 30/40 Plan de l'exposé Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 31/40 Contexte de l'étude Étude des charges d'espace Étude des courants dans l'isolant Vieillissement du matériau composite Conclusions Vieillissement du matériau composite Conditions de vieillissement et caractérisation Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Cahier des charges T>Tv Champ appliqué > En Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Détection des claquages - Mesure des durées Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Température: 80°C Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives Conditions de vieillissement 8 enrobages de résine chargée (0,5 mm) Champ électrique: 0 et 16 kVeff/mm (~ 8 x En) Durée: de 400 à 4500 h Caractérisation Mesures de charges d'espace (pic induit sur l'électrode d'entrée) Spectroscopie diélectrique e et tan d (à 20°C entre 10-2 et 106 Hz) Courants permanents à 55°C (évolution de l et Etr) 32/40 Vieillissement du matériau composite Résultats Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Présences de charges d'espace dans l'isolant Charges négatives Charges positives Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 33/40 Pas de tendance sur le développement de charges d'espace Ces mesures ne permettent pas de caractériser le vieillissement des échantillons Vieillissement du matériau composite Résultats Évolution des propriétés diélectriques (e ) 4.6 Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 34/40 Permittivité 4.4 Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Référence T = 80°C, E = 16 kV/mm, t = 4431 h T = 80°C, E = 0, t = 3572 h 4.2 4 3.8 3.6 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Fréquence (Hz) Augmentation à basse fréquence: Polarisation interfaciale augmentation des espèces mobiles bloquées aux interfaces (résine-silice ou isolant-électrode) 4.2 Permittivité relative Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons f = 0,1 Hz f = 1 Hz f = 10 Hz 4.1 4 3.9 3.8 0 1000 2000 3000 4000 Durée de vieillissement (h) 5000 Comportement identique avec vieillissement thermique seul Vieillissement essentiellement thermique Vieillissement du matériau composite Résultats Évolution des propriétés diélectriques (tan d ) Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 35/40 0.08 0.1 Référence T = 80°C, E = 16 kV/mm, t = 4431 h T = 80°C, E = 0, t = 3572 h 0.06 0.04 f = 0,1 Hz Facteur de pertes Facteur de pertes Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions 0.1 f = 1 Hz f = 10 Hz 0.01 0.02 0 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Fréquence (Hz) 0.001 0 1000 2000 3000 4000 Durée de vieillissement 5000 Augmentation à basse fréquence: conduction plus importante Comportement identique avec vieillissement thermique seul Augmentation du nombre et/ou de la vitesse des porteurs Vieillissement essentiellement thermique Vieillissement du matériau composite Résultats Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives Représentation des courants permanents à 55°C par le modèle de conduction par saut Évolution de l 6 5.5 l (nm) Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons 5 4.5 4 2 10 3 10 Durée de vieillissement (h) 4 10 Augmentation de l Diminution de la densité de pièges Les pièges sont remplis par des charges 36/40 Vieillissement du matériau composite Résultats Évolution de Etr 100 10 tr Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Représentation des courants permanents à 55°C par les courants limités par charge d'espace E (kV/mm) Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 1 0 1000 2000 3000 4000 Durée de vieillissement (h) 5000 Diminution de Etr Les charges d'espace sont accumulées à plus faible champ 37/40 Plan de l'exposé Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 38/40 Contexte de l'étude Étude des charges d'espace Étude des courants dans l'isolant Vieillissement du matériau composite Conclusions Conclusions Faits marquants Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Compréhension des mécanismes Rôlede del'interface l'interfacemétal-isolant métal-isolantdans danslalagénération générationde decharges charges - -Rôle injection dans les plaques injection facilitéefacilitée dans les plaques Charges de d'espace à bas d'eau champ kV/mm) - -Influence la présence à (2 80°C sur les charges générées Influenced'espace de la présence d'eau à(280°C sur les charges générées - -Charges à bas champ kV/mm) - -Courant Courantlimité: limité: par parlalaconduction conductionààT<T T<Tgv par parl'injection l'injectionààT>T T>Tgv Effetde deseuil seuil(charges (chargesd'espace, d'espace,courants) courants)àà12-13 12-13kV/mm kV/mmàà55°C 55°C - -Effet Effet du vieillissement Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives Vieillissementessentiellement essentiellementd'origine d'originethermique thermique - -Vieillissement Augmentation des des propriétés propriétés diélectriques diélectriques ((ee,, tan tan dd )) àà basse basse fréquence fréquence -- Augmentation Abaissementdu duchamp champd'observation d'observationdes descharges chargesd'espace d'espace - -Abaissement 39/40 Conclusions Perspectives Contexte Enjeux de l'étude Problématique Objectifs Matériaux et échantillons Charges d'espace Définitions Principe de mesure Dispositif expérimental Exemples Résultats Conclusions Étude des courants Dispositif de mesures Protocole & définitions Résultats Interprétation Conclusions Vieillissement par charges d'espace - Rôle de l'interface métal-isolant - Rôle de la teneur en eau - Étude sous tension alternative Approches complémentaires - Vieillissement chimique: stabilité chimique du matériau en température (rôle de l'eau sur la résine et les interfaces, oxydation...) Vieillissement Conditions et Caractérisation Résultats Conclusions Faits marquants Perspectives 40/40 - Vieillissement thermo-mécanique: décohésion du composite par dilatations différentielles
