L'objectif principal de cette recherche était de calculer les distributions du potentiel et du champ électrique le long d'un isolateur de poste standard recouvert de glace accumulée en régime humide. En particulier, cette recherche visait à accroître les connaissances sur les phénomènes précédant les contournements électriques des isolateurs de poste qui se produisent généralement en période de fonte. Comme il était très difficile de mesurer de façon précise la distribution du potentiel et surtout du champ électrique le long d'un isolateur de poste glacé, l'utilisation d'une méthode numérique par l'intermédiaire d'un logiciel commercial s'est avérée être une des meilleures solutions compte tenu de la difficulté des mesures. À cet effet, la Méthode des Éléments Finis de Frontière était la mieux adaptée aux contraintes imposées par le problème. De plus, cette méthode numérique avait été appliquée avec succès dans le calcul du potentiel et du champ électrique autour des isolateurs pollués dont le comportement électrique est semblable de celui des isolateurs recouverts de glace. Par conséquent, des simulations numériques ont été entreprises en 2-D et 3-D. Les simulations 2-D ont servi principalement de base et de soutien aux simulations tridimensionnelles puisqu'il a fallu commencer par une modélisation simple de l'isolateur de poste recouvert de glace compte tenu du fait qu'il n'existait pas, à notre connaissance, d'études numériques portant sur le sujet de cette recherche. La modélisation 2-D de l'isolateur recouvert de glace s'est faite suivant le plan de symétrie séparant l'isolateur et le dépôt de glace en deux parties égales puisqu'il a été supposé que la glace s'accumulait sur la moitié de l'isolateur. Ainsi, les simulations 2-D ont permis de mettre en évidence l'influence d'un film d'eau conducteur et de sa conductivité, l'influence de la position d'un intervalle d'air le long de l'isolateur, l'influence de la longueur de l'intervalle d'air et la présence d'un arc électrique partiel le long d'un intervalle d'air sur les distributions du potentiel et du champ électrique le long d'un isolateur de poste recouvert de glace. Cependant, la comparaison des résultats numériques aux résultats expérimentaux a démontré que la modélisation 2-D n'était pas tout à fait adaptée à la géométrie de l'isolateur puisque l'erreur relative moyenne était d'environ 22,5 %, d'où la nécessité d'effectuer les simulations en 3-D afin d'améliorer la précision des résultats. Pour les simulations 3-D et pour des fins de simplification, il a été supposé que la glace s'était accumulée sur la totalité de l'isolateur, c'est-à-dire sur 360°. Cette considération faite, la modélisation d'une portion de 15° de l'isolateur de poste recouvert de glace a suffi à simuler le comportement général de ce dernier. La comparaison des résultats numériques aux résultats expérimentaux ont permis de démontrer la validité du modèle tridimensionnel. Ainsi, une erreur relative moyenne entre les résultats expérimentaux et numériques de 2,6 % a été obtenue démontrant ainsi la fiabilité et la pertinence de la M.E.F.F dans la prédiction de la distribution du potentiel et du champ électrique le long d'une géométrie aussi compliquée qu'est un isolateur de poste recouvert de glace. Les simulations 3-D pour une période d'accumulation et pour deux périodes de fonte ont été réalisées d'après les observations expérimentales réalisées en chambre climatique et à partir desquelles les différents modèles ont été élaborés. De plus, l'étude de l'influence des intervalles d'air ainsi que la présence d'un arc électrique partiel sur la distribution du potentiel et du champ électrique a été entreprise. Les simulations d'une période d'accumulation ont permis de démontrer que la position des intervalles d'air était principalement déterminée par la distribution du potentiel et du champ électrique le long de l'isolateur de poste propre. En effet, pour l'isolateur propre, une chute de tension importante a été observée le long des trois premières jupes situées près de l'électrode H.T, c'est-à-dire exactement à l'endroit précis où se sont formés les intervalles d'air. De plus, ces simulations ont permis de mettre en évidence l'influence du film d'eau ainsi que la quantité en eau servant à l'accumulation qui est principalement responsable de la création de l'intervalle d'air situé entre la dernière jupe et l'électrode à la terre. En période de fonte, la présence d'un film d'eau très conducteur à la surface du dépôt de glace entraîne une forte chute de tension le long des différents intervalles d'air. Pour de fortes conductivités du film d'eau, environ 96 % de la tension appliquée se retrouve aux bornes des différents intervalles d'air et ce, indépendamment de leur nombre et de leur longueur. Cependant, plus la longueur est importante, plus le champ électrique moyen le long des intervalles d'air, Egm, diminue. Lorsque la chute de parties de glace survient, cela modifie considérablement les distributions du potentiel et du champ électrique le long de l'isolateur glacé. En comparant les deux périodes de fonte simulées, on a pu observer que le nombre d'intervalles d'air présents après la chute de glace avait un rôle important dans le processus de redistribution de la tension appliquée le long des intervalles d'air, pouvant ainsi inhiber ou provoquer le contournement de l'isolateur. Cette remarque est aussi valide dans le cas où un arc électrique partiel est présent le long d'un des intervalles d'air. Pour un dépôt de glace présentant deux intervalles d'air situés respectivement près des électrodes, la position d'un troisième intervalle d'air intercalé entre ces deux derniers n'a pas d'influence sur le champ électrique moyen Egm. C'est uniquement la chute de tension le long de chaque intervalle d'air qui se modifie en fonction de la position du troisième intervalle d'air. De plus, il a été démontré que pour une même distance d'arc répartie sur un, deux et trois intervalles d'air, le champ électrique moyen le long des intervalles d'air, Egm, variait peu.

L'objectif de cette recherche est de conduire une étude à la fois expérimentale et numérique sur l'utilisation et l'optimisation d'anneaux de garde équipant une colonne isolante standard constituée de deux isolateurs de poste sous conditions de glace sévères. Le choix s'est porté sur une colonne isolante standard du fait qu'elles sont les plus vulnérables en termes de contournement sous conditions de glace sévères. Au meilleur de nos connaissances, très peu de recherches ont étudié l'influence des anneaux de garde sous conditions propre et encore moins sous conditions de glace. Dans un premier temps, une étude paramétrique basée sur l'utilisation des éléments finis a permis de démontrer que l'optimisation de l'uniformité de la distribution de potentiel le long de la colonne isolante est réalisé en n'utilisant qu'un seul anneau placé sur l'électrode HT. dont la dimension et la position sont optimisées. Les résultats numériques et expérimentaux réalisés avec un seul anneau de garde standard sur l'électrode H.T. ont aussi démontré qu'une distribution plus uniforme de potentiel résulte en une distribution plus uniforme de glace le long de l'isolateur mais que cette uniformisation ne permet pas d'améliorer la tension de tenue de l'isolateur de poste sous conditions de glace sévères (15 mm d'épaisseur de glace radiale). Par conséquent, une meilleure uniformisation du dépôt de glace (moins d'intervalles d'air) résultant de l'utilisation d'anneaux de garde de forme standard ou optimisée n'est donc pas un gage d'amélioration des performances électriques sous glace d'une colonne isolante standard. L'analyse des résultats issus de l'étude paramétrique a permis de démontrer qu'il existe un diamètre à partir duquel une séparation des lignes équipotentielles se produit, résultant en une dégradation de l'uniformité du potentiel au voisinage de la surface de la colonne isolante. Cette constatation ainsi que la solution apportée pour remédier à ce problème ont permis de proposer une utilisation originale des anneaux de gardes sous des conditions de glace. La solution consiste à relier électriquement le périmètre de l'anneau de garde à celui de l'électrode à l'aide d'un grillage métallique qui a pour autre fonction de protéger une partie de l'isolateur contre l'accumulation de glace, créant des intervalles d'air de grande dimension. L'anneau ainsi modifié se comporte donc comme une jupe auxiliaire sous condition de glace sévère mais avec une meilleure uniformisation de la distribution de potentiel sous conditions normales d'utilisation. Les résultats expérimentaux effectués avec deux anneaux de garde modifiés sur une colonne isolante ont montré une amélioration de 15% de la tension de tenue sous une accumulation de glace de 15mm d'épaisseur radiale par rapport à une colonne standard seule. Ce résultat obtenu est supérieur à celui obtenu avec les jupes auxiliaires sous des conditions identiques d'accumulation, ce qui démontre tout le potentiel de la solution proposée. - The aim of this research is to carry out a study both experimental and numerical related to the use and optimization of the grading rings fitted on an insulating column consists of two standard post insulators under severe ice conditions. Our choice of a standard insulating column is motivated by the fact that this type of columns is most vulnerable in terms of flashover under severe ice conditions. Besides, to the best of our knowledge, very few studies have as yet handled the impact of grading rings under normal conditions, let aside under conditions of ice. In the first place, a parametric study based on finite elements demonstrated that the optimization of the uniformity the potential distribution along the insulating column is achieved using only one ring placed on the HV electrode whose dimension and position are optimized. The ensuing numerical and experimental result is that a more uniform distribution of potential engenders a more uniform distribution of ice along the insulator. However, such standardization process does not allow the improvement the withstand voltage of the post insulator under severe conditions of ice (radial ice 15 mm thick). It follows that a better standardization of the ice deposit (settlement) (fewer air gaps) resulting from the use of standard or optimized grading rings is by no means a guarantee that the icecovered electric performance of a standard insulating column will be improved. The analysis of the results the parametric study came to has permitted the demonstration that there exists a diameter on the basis of which a separation of equipotential lines takes place resulting in a degradation of the potential uniformity in the vicinity of the area of the insulating column. This observation, together with the solution put forth to settle this problem, has led us to suggest an original use of the grading rings under icy conditions. The solution consists in electrically linking the perimeter of the grading ring to the electrode with a metal grating which will, at the same time, protect a part of the insulator against ice accumulation, hence creating larger air intervals. The modified ring will thus stand as an booster shed in severe ice conditions; however though, it represents a better standardization of the potential distribution under normal conditions of use. The results of the experiments conducted with two modified grading rings fitted on an insulating column have shown a 15% improvement of the withstand voltage in 15 mm thick nice in comparison with a standard column. The result achieved is higher (better) than the one archived using booster shed in identical conditions of ice accumulation, which evidences the potential of the suggested solution.

Plusieurs types de givrages atmosphériques peuvent se déposer sur les lignes aériennes de transport d'énergie électrique incluant la neige collante lourde et adhérente, le givre dur, le givre mou et la glace à haute densité. Des dépôts de neige sur les structures exposées peuvent avoir un impact sur le fonctionnement, la sécurité et la fiabilité mécanique. Plus spécifiquement sur les lignes aériennes de transport d'énergie électrique, les charges de gravité résultant de Paccrétion de la neige lourde combinée aux charges du vent sur la neige peuvent causer des dommages structuraux, une rupture ou même en cascade des pylônes. La chute des dépôts de neige peut appliquer une charge dynamique sur la ligne de transport par les vibrations induites sur le câble et provoquer un effet déstabilisant entre les portées adjacentes couvertes et non couvertes. Ainsi pour protéger les lignes de transport contre les charges résultantes de l'accrétion de la neige sur la ligne et pour assurer la fiabilité des réseaux de distribution électriques, les processus du délestage de la neige doivent être compris et des techniques de prévention comme des méthodes d'antigivrage et de dégivrage doivent être utilisées. Cette étude porte sur l'analyse dynamique des lignes aériennes de transport d'énergie couvertes de neige et soumises à des charges périodiques. De telles charges peuvent être le résultat de l'effet d'une charge périodique externe appliquée pour enlever la neige accumulée sur les lignes ou le résultat d'effets naturels comme le vent ou des charges en déséquilibre conséquentes d'une chute de neige soudaine ou propagé d'une portée adjacente . L'objectif est de comprendre le phénomène du délestage de neige induite mécaniquement sur les portées des câbles aériens et de simuler les effets des charges périodiques sur la chute de la neige collante. Lors d'études précédentes, les réponses de la ligne de transmission aux chutes instantanées ont été modélisées alors que dans cette étude, on étudie la propagation de le délestage de la neige le long de la portée en réponse à une charge périodique. Plus particulièrement, la réponse dynamique des câbles couverts de neige aux charges périodiques est examinée par modélisation mathématique en utilisant une analyse d'éléments finis non linéaires et des études expérimentales en chambre froide. Le modèle numérique peut servir de base à l'étude de critères différents de rupture de la neige collante en ce qui concerne l'adhésion. Pour atteindre cet objectif, on a d'abord étudié expérimentalement l'adhésion en tension et en cisaillement à la surface des câbles. Ceci est essentiel pour mettre en corrélation la chute et la force d'adhésion entre la neige et le câble, puisque le délestage survient lorsque l'adhésion disparaît. Les mesures ont été obtenues en utilisant une machine à essayer le matériel et une centrifugeuse. Puis un critère de rupture de la neige collante a été déterminé et appliqué dans le modèle numérique. Ce modèle simule les vibrations du câble couvert de neige mouillée, par l'application d'une excitation périodique, celui que provoque du processus de chute de neige. L'excitation périodique est modélisée en utilisant une fonction temporelle de déplacement initial à une extrémité du câble, rendant la variation de la fréquence d'excitation possible. Le défi est de prédire si le dépôt va demeurer fixé au conducteur ou s'il va tomber suite à la vibration provoquée. Le modèle considère le délestage de la neige en retirant les éléments de la neige le long du câble, lorsque le critère de rupture est satisfait. Dans l'étude expérimentale, les manchons de neige collante ont été reproduits à échelle réduite en utilisant une technique développée précédemment. Les charges de neige de différentes épaisseurs ont été utilisées sur la portée et les charges périodiques ont été appliquées au point de suspension de façon à initier une vibration du câble et observer le mécanisme du délestage. La similitude des résultats du modèle numérique et ceux des simulations expérimentales à échelle réduite valide le modèle et assure sa fiabilité. Finalement le modèle de neige développé, avec un critère de rupture, est appliqué aux simulations numériques subséquentes des portées simples à échelle réelle soumis à des impacts périodiques. - Several types of atmospheric icing deposits may load overhead cables including heavy adherent wet snow, hard rime, large but lightweight soft rime and high-density glaze ice. Snow deposits on exposed structures can be the source of several serviceability, safety and mechanical reliability issues. On overhead power lines in particular, the gravity loads due to heavy snow accretion, coupled with wind-on-snow loads, may lead to structural damages, or failure and even cascading collapse of towers. The shedding of the snow deposit can apply dynamic loads on the line by the initiated cable vibration and results in unbalanced tension between shed and unshed adjacent spans. Therefore, in order to protect the line against loads resulting as a consequence of accreted snow on the line and to ensure the reliability of electrical power delivery networks, the processes of snow shedding have to be profoundly understood and countermeasures have to be taken, e.g., by applying anti-icing and de-icing methods. This study focuses on the dynamic analysis of snow-covered overhead transmission lines subjected to periodic loads. Such loads may result from the effect of an external periodic load intended to remove accreted snow from the cable, or from such natural effects as wind or load imbalances due to sudden or propagating snow shedding from an adjacent span. The objective is to understand the phenomenon of mechanically-induced snow shedding on overhead cable spans and to simulate the effects of periodic loads on wet snow shedding. In previous studies, the response of the line to instantaneous shedding was modeled, whereas in this research, the propagation of snow shedding along the span as response to a periodic load is studied. In particular, the dynamic response of snow-covered cables to periodic loads is examined by numerical modeling using nonlinear finite element analysis as well as experimentally in a cold chamber. The numerical model can serve as a basis to study various failure criteria of wet snow in terms of adhesion. In order to achieve this goal, first the tensile and shear adhesion of snow to cable surfaces were experimentally studied, which are essential to correlate shedding and the adhesive strength between cable and snow, since shedding occurs after adhesion vanishes. These measurements were carried out using material test machine and centrifuge machine. Then, a criterion of wet-snow failure was determined and applied in the numerical model, which simulates vibrations of the cable covered by wet snow due to application of periodic excitation resulting snow shedding process. The periodic excitation is modeled by an input displacement time function at one cable end, making the variation of excitation frequency possible. The challenge is to predict whether the deposit will remain attached to the conductor or fall off during the resulting vibration. The model considers snow shedding by removing snow elements along the cable where the failure criterion is satisfied. In the experimental study, wet snow sleeves were reproduced on a small-scale span by using a formerly developed technique. Snow loads of different thickness were thus created on this span and periodic loads were applied at the suspension point in order to initiate cable vibration and observe the resulting shedding mechanism. The coincidence of results of numerical model and those of small-scale experimental simulations validates the model and assures its reliability. Finally, the developed snow model with failure criterion is applied in further numerical simulations for real-scale single spans subjected to periodic impact.

Depuis près d'un siècle, l'isolation traditionnelle ou conventionnelle (complexe huile/cellulose) a été le type d'isolation par excellence utilisée dans les transformateurs de puissance et dans la plupart des équipements électriques de puissance. Mais le papier cellulose qui représente la partie solide de cette isolation possède de nombreuses faiblesses. En effet le vieillissement du papier cellulose dans les transformateurs de puissance est accéléré par l'humidité, l'oxygène, les catalyseurs métalliques, la température, etc. Ce qui a pour conséquence l'augmentation du risque de défaillances. Une autre grande faiblesse du papier cellulose réside en son incapacité à protéger les enroulements électriques du transformateur contre les effets nuisibles du soufre corrosif. Vu toutes les faiblesses du papier cellulose, plusieurs études ont été menées pour évaluer les performances du papier aramide qui possède de très bonnes propriétés thermiques. Le papier aramide est actuellement utilisé comme isolant à haute température, associé aux huiles à point de feu élevé ou huiles alternatives (huiles synthétiques et végétales), principalement dans les transformateurs de traction électrique. L'isolation solide hybride est quant à elle, soit associée à l'huile minérale, soit associée aux huiles à point de feu élevé, et elle trouve son application dans les transformateurs de sous-stations mobiles et fixes. La technologie de fabrication est maîtrisée par les constructeurs, par contre les exploitants des réseaux électriques ne disposent pas de données de référence (normes) comme outils de diagnostic, leur permettant de suivre l'état de santé de l'isolation de ce nouveau type de transformateur. L'objectif global de ce travail de recherche était d'étudier l'isolation hybride en vue de démontrer sa potentielle utilisation dans les transformateurs de puissance. Cet objectif a été scindé en trois objectifs spécifiques à savoir: - Améliorer les outils de diagnostic de l'état des isolations solides hybride, et conventionnelle ; - Diagnostiquer l'état des huiles des isolations hybride, haute température et conventionnelle ; - Etudier la capacité du papier aramide et du papier cellulose à protéger le cuivre (enroulements électriques) contre les effets nuisibles du soufre corrosif. Dans le but d'atteindre les objectifs fixés, nous avons conduit des vieillissements thermiques accélérés en laboratoire. Pour le premier et le deuxième objectif spécifiques, le vieillissement est réalisé selon la norme ASTM (American Society for Testing and Materials)-D1934 sur quatre types d'isolations à savoir : l'isolation hybride, l'isolation conventionnelle, l'isolation haute température et l'isolation sans papier. À la fin des vieillissements, nous avons appliqué un défaut thermique sur le papier pour chaque échantillon à l'aide d'un équipement conçu au sein de notre laboratoire que nous avons dénommé « Thermo-Contraintes». Pour le troisième objectif spécifique, le vieillissement est réalisé selon la norme IEC (International Electrotechnical Commission)-62535, sur des huiles minérales, synthétiques, végétales et silicones dans le but d'étudier l'impact du soufre corrosif. Pour le premier objectif spécifique, nous avons utilisé la mesure du degré de polymérisation et la détermination des quantités d'oxydes de carbone par l'analyse des gaz dissous (DGA) pour évaluer l'état du papier cellulose de l'isolation conventionnelle comparativement à celui de l'isolation hybride. Nos résultats indiquent que le papier cellulose de l'isolation hybride est moins dégradé que celui de l'isolation conventionnelle. La durée de vie d'un transformateur étant liée à celle du papier, ces résultats permettent de conclure qu'un transformateur à isolation hybride a une durée de vie plus élevée que celui à isolation conventionnelle. Nous avons par la suite établi une très bonne corrélation entre quantités d'oxydes de carbone et degré de polymérisation. Cette corrélation permettra d'apporter une grande précision dans l'interprétation des résultats du DGA pour les transformateurs. En ce qui concerne le deuxième objectif spécifique, nous avons utilisé quatre techniques de diagnostic physico-chimique (produits de décomposition dissous 'DDP', Turbidité, Tension interfaciale (IFT) et humidité) afin d'évaluer de façon comparative la qualité des huiles des quatre types d'isolation à l'étude. Selon nos résultats, l'huile de l'isolation hybride a une meilleure qualité à partir d'un certain stade de vieillissement et surtout après l'apparition d'une contrainte thermique sur l'isolation solide. Pour le troisième objectif spécifique, une étude qualitative suivie d'une étude quantitative ont permis d'aboutir aux résultats suivants : l'aramide protège mieux le cuivre contre le soufre corrosif dans les huiles minérales; les huiles esters synthétiques sont non corrosives; l'huile végétale est non corrosive mais en présence du papier cellulose on observe un certain niveau de corrosivité; le papier aramide favorise la formation du soufre corrosif dans les huiles silicones. Sur la base de tous les résultats obtenus, nous pouvons déclarer que l'utilisation de l'isolation hybride dans les transformateurs de puissance est envisageable. - For nearly a century the conventional insulation (oil / cellulose complex) was the type of insulation used in the power transformers and most electrical power equipments. But the cellulose paper, the solid part of this insulation has many weaknesses. Indeed, the aging of cellulose paper in power transformers is accelerated by moisture, oxygen, metal catalysts, temperature, etc.). The risk of failures is thereby increased. Another major weakness of cellulose paper is its inability to protect the electrical transformer windings against the harmful effects of corrosive sulfur. Given all the weaknesses of cellulose paper, several studies have been conducted to evaluate the performance of aramid paper, which has better thermal properties. The aramid paper is currently used as high temperature insulation, combined with high fire point oils (synthetic and vegetable oils), mainly in electric traction transformers. The hybrid solid insulation is associated with mineral oil or with high fire point oils; it finds application in transformers of fixed and mobile substations. Manufacturing technology is controlled by manufacturers but operators of electrical networks do not have baseline data (standards) as diagnostic tools, allowing them to monitor the health/condition of the isolation in this new type of transformer. The overall objective of this research was to study the hybrid insulation and to demonstrate its potential use in power transformers. This overall objective has been subdivided into three specific objectives, namely: (i) improving the diagnostic of the condition of solid hybrid insulation and conventional solid insulation; (ii) diagnosing the condition of oils sampled from hybrid, high temperature and conventional insulation and finally (iii) investigating the ability of aramid paper and cellulose paper to protect the copper (electrical windings) against harmful effects of corrosive sulfur. In order to achieve these objectives, thermal accelerated aging were conducted in laboratory : - according to ASTM D1934 (American Society for Testing and Materials), four different type of insulation samples were considered, namely the oil impregnated hybrid insulation, oil impregnated cellulose insulation, oil impregnated high temperature insulation and paperless oil samples. Following the aging procedure, a local overheating (thermal fault) was applied on the paper sample using an experimental setup designed in our laboratory (first and second specific objectives). - according to the IEC (International Electrotechnical Commission)-62535, for mineral, synthetic, vegetable and silicones oils (third specific objective). The degree of polymerization by viscosimetry and the determination of the carbon oxides by dissolved gas analysis (DGA) were determined to assess the condition of the paper in conventional insulation compared to that of the hybrid insulation. Our results indicate that cellulose paper in the hybrid insulation is less degraded when compared to the conventional insulation. Since the life of a transformer is directly related to the solid insulation, these results suggest that hybrid transformer insulation has a higher life than conventional ones. Subsequently, a very good correlation between amounts of oxides of carbon and degree of polymerization was established. This relationship might help improving the accuracy when interpreting the results of the DGA for transformers (first specific objective). Regarding the second specific objective, we used four physicochemical diagnosis techniques (dissolved decay products ' DDP ', Turbidity, interfacial tension (IFT) and water content) to assess comparatively the quality of oils sampled from the four types of insulation. According to our results, the oil of the hybrid insulation indicated better quality at a certain stage of aging and especially after the application of thermal stress on the solid insulation. For the third specific objective, a qualitative study followed by a quantitative ones provided the following results: aramid paper better protects copper against corrosive sulfur in mineral oil; synthetic ester oils are not corrosive; the vegetable oil is not corrosive but in the presence of cellulose paper, a degree of corrosiveness is observed and the aramid paper promotes formation of corrosive sulfur in silicone oils. Based on the obtained results, the feasibility of using hybrid insulation in power transformers is possible.

L'exposition des lignes de transmission aériennes à la rigueur des conditions atmosphériques des régions froides, peut causer des contournements électriques répétitifs des isolateurs, entraînant des pannes de courant. À côté de l'impact du froid, les conditions ataiosphériques affectant la contamination des isolateurs a été également reconnu comme un autre facteur pouvant affecter considérablement la performance diélectrique des isolateurs. Cette dégradation des performances peut conduire parfois au contoumement de l'isolateur. Les sources naturelles de contamination d'isolateurs sont principalement les contaminants chimiques gazeux produits dans les régions urbaines. Les régions côtières exposées aux embruns ou aux vents très forts et polluants venant de la mer constituent une source importante de pollution des isolateurs. Cette situation conduit à la formation d'une pollution d'ions composite sur les isolateurs à haute tension pendant les périodes hivernales. L'effet combinée de la contamination et la glace accumulée a été reconnue comme l'une des causes majeures de contoumement d'isolateurs. Par conséquent, des méthodes particulières d'étude sont nécessaires pour comprendre la nature de la pollution d'ions composite dans le cadre de la modélisation du phénomène de contoumement des isolateurs en prenant en compte l'effet conjugué de la pollution et de givrage. Un modèle Statique en courant alternatif permettant de prédire la tension de contoumement des isolateurs recouverts de glace contaminée a été développé dans cette étude. Sur le plan conceptuel, le modèle est basé sur le modèle de décharge d'Obenaus qui considère un arc en série avec une résistance. Le modèle d'arc d'Ayrton a été utilisé pour rendre compte de la variation de la tension d'arc en fonction du courant de fuite. Les constantes à l'arc, ainsi que les paramètres de réallumage ont été déterminées en utilisant une modèle physique cylindriques de laboratoire. Le modèle utilise des méthodes d'identification intelligente pour déterminer les variables pertinentes associées à l'expression mathématique du phénomène de contoumement. De nouvelles approches fondées sur un estimateur des moindres carrés (Least Squares Estimator : LSE)? ainsi que des algorithmes d'apprentissages pour système d'interférence floue (Adaptive Network-Based Fuzzy Inference System : ANF1S) ont été appliquées afin d'en extraire la formule mathématique de la chute de tension aux bornes de l'intervalle non franchi de l'isolateur. La formule ainsi proposée, intègre les principales variables influençant le comportement électrique de la partie résiduelle de l'isolateur recouvert de glace contaminée durant la phase de propagation de fare. En outre, l'expression mathématique proposée pour la tension résiduelle aux bornes de l'intervalle non franchi de l'isolateur a permis d'extraire la formule de calcul de la variation spatiale de la résistance résiduelle de l'intervalle non franchi. La formule dépend des principales variables telles que la conductivité de l'eau de congélation, la densité de sel déposé, le courant de fuite et la longueur de l'intervalle non franchi» Le modèle a été appliqué aux isolateurs industriels et les tensions de contoumements calculés ont été en bon accord avec ceux obtenus à partir d'essais de contournement en laboratoire.

Dans ce mémoire, il est présenté des approches de modélisation et de linéarisation des amplificateurs de puissance RF avec des données en ligne (en temps réeî). Premièrement ; il est présenté une approche de modélisation adaptative et dynamique de données en ligne, basée sur les réseaux de neurones à valeurs réelles avec des retards, afin d'obtenir dynamiquement les caractéristiques AM/AM et AM/PM des amplificateurs de puissances RF. Deuxièmement ; les caractéristiques de ce modèle d'amplificateur sont adoptées pour la linéarisation par prédistorsion adaptative du signal d'entrée en bande de base. L'architecture proposée est appropriée pour linéariser adaptativement les circuits AP présentant des effets mémoire. Au lieu d'utiliser l'architecture d'apprentissage indirect, il est proposé une prédistorsion adaptative avec données en ligne pour assurer une adaptation continue sans interrompre le processus d'émission. Les imperfections du modulateur, démodulateur et des circuits CNA/CAN seront automatiquement corrigées, puisqu'ils sont inclus dans la boucle de correction. Il est adopté la prédistorsion en bande de base qui a la capacité de corriger les distorsions à l'intérieur (EVM) et l'extérieur (ACPR) de la bande utile. Dans le cas de l'architecture d'apprentissage indirect, il faut avoir deux blocs de processeur numérique (DSP) indépendants et qui fonctionnent en même temps, un bloc pour la prédistorsion, et l'autre bloc pour l'obtention des paramètres du réseau NN. Cette méthode a des problèmes concernant les bruits présents dans les entrées/sorties du bloc de la prédistorsion. Dans l'architecture proposées dans le présent travail, il est nécessaire d'avoir un seul processeur numérique basée sur des entrées/sorties sans bruits. En utilisant cette architecture de linéarisation, il est démontré, par simulation, que quasiment 25 dB du paramètre ACPR, sont supprimés en permanence après convergence à 350 kHz de décalage de fréquence, avec un modèle avec effets mémoire pour le circuit AP. L'architecture neuronaie proposée est implantée avec le logiciel (Xilinx System Generator (XSG) for DSP) dans l'environnement Matlab/Simulink.

Ce mémoire porte sur l'étude de faisabilité technique et du potentiel économique et écologique du système de Jumelage Éolien - Diesel avec Stockage d'énergie sous forme d'Air Comprimé (JEDSAC). Le système JEDSAC est une solution complètement innovatrice qui va pouvoir profiter du potentiel éolien disponible dans les sites isolés, dans les îles et dans le nord canadien, tous alimentés par les Diesels. L'idée consiste à jumeler ces Diesels, déjà sur place, avec une centrale éolienne surdimensionnée par rapport aux besoins et un système de stockage d'air comprimé. Le principe du fonctionnement de ce système hybride, les avantages techniques et économiques et la démonstration de l'efficacité énergétique du système, spécifiquement au niveau de l'augmentation du rendement du groupe Diesel et la diminution de sa consommation en carburant seront étudiés en détail et feront l'objet principal de ce mémoire. Le stockage d'énergie excédentaire, jouant un rôle essentiel dans le fonctionnement du système JEDSAC, sera détaillé en terme de techniques diverses existantes sur le marché et de critères de choix de la technique la plus adaptée à l'énergie éolienne. Le stockage d'énergie sous forme d'air comprimé CAES occupe une place intéressante dans ce positionnement, d'où le système JEDSAC proposé. Cet air comprimé stocké, qui sert à améliorer le rendement du Diesel pendant les périodes d'utilisation de celui-ci, doit être utilisé de la façon la plus optimale, afin de maximiser l'économie de carburant. Nous avons ainsi listé différentes techniques envisageables pour déstocker le CAES, nous les avons comparé d'une façon qualitative et nous avons choisi celle qui nous a semblé la plus adaptée au besoin. Nous avons aussi, par des modèles simples, chiffré l'économie de carburant potentielle sur un site donné. Celle-ci peut s'élever à 50% d'économie grâce au système de stockage d'énergie sous forme d'air comprimé qui permet de faire fonctionner le moteur Diesel avec un rapport Air / Carburant optimal. Ce n'est pas la seule voie pour l'obtention des gains. En effet nous avons décrit plusieurs autres voies potentielles permettant d'incrémenter davantage l'économie de carburant : Tout d'abord, l'utilisation de deux moteurs Diesels de dimensions choisies pour optimiser le fonctionnement avec et sans air comprimé, ensuite, le fonctionnement du moteur en mode « moteur à air comprimé » combiné avec le mode « moteur à combustion interne ». Une modélisation bien plus poussée dans le cadre d'un futur projet doctoral, permettra d'optimiser le fonctionnement, de consolider les gains et de faire comparaison détaillée entre le système JEDSAC et les autres systèmes hybrides existant sur le marché.

La conception des isolateurs d'extérieur en relation avec leur performance dans des conditions de pollution et de givrage est un facteur critique pour la fiabilité des lignes de transmission aériennes. La majorité des pannes survenant sur les lignes de transmission sont causées par les conditions environnementales comme la foudre, la pollution et/ou le givrage atmosphérique. La présence de glace sur les isolateurs peut initier des décharges couronnes et des arcs partiels, qui peuvent parfois conduire au contournement. Ce phénomène est principalement dû à la présence d'un film d'eau très conducteur à la surface de la glace et à celle de zones libres de glace, généralement nommées intervalles d'air, ainsi qu'à la diminution de la distance de fixité de l'isolateur causée par le court-circuitage par la glace de l'intervalle entre les jupes. L'objectif général de cette recherche est d'étudier les mécanismes physiques impliqués dans la propagation de Tare électrique à la surface de la glace. Dans le présent travail de recherche, en employant des techniques de photographie à haute vitesse combinées à des mesures synchronisées, différents paramètres électriques de l'arc formé à la surface de la glace, comme le rayon du canal et les vitesses de propagation, ont été étudiés. Ces résultats, ainsi que la modélisation de la propagation et de l'arc et de la géométrie du pied d'arc, fourniront des informations de base pour comprendre le phénomène du contournement dans son ensemble. La structure de la racine d'arc, le profil de courant, le modèle de propagation et la vitesse ont été étudiés en polarités positives et négatives. La conductivité et l'épaisseur du film d'eau ainsi que l'humidité relative de l'air ont également été analysés en tant que paramètres pouvant influencer la propagation de Tare. L'effet de différents mécanismes comme les collisions et l'ionisation thermique, la force de flottabilité et la force électrostatique sur les différentes étapes de la propagation de l'arc ont également été discutés. Des séquences répétitives correspondant aux extinctions de l'arc ont été observées pendant la propagation de l'arc. Durant les périodes de ré-allumage de l'arc, le phénomène dominant était l'apparition d'un streamer positif dirigé vers Panode5 et ce, quelle que soit la polarité de la tension appliquée. Le pied de l'arc sous tension continue positive est ramifié; à l'opposé, celui de l'arc négatif apparaît comme une région diffuse lumineuse. Dans la section du canal de l'arc5 deux régions distinctes ont été distinguées. Une relation linéaire entre le courant d'initiation et l'inverse de la résistance résiduelle a été établie, montrant l'importance de l'épaisseur du film d'eau sur l'initiation de la décharge. Une relation directe entre la pente de l'accroissement du courant et la conductivité de l'eau de congélation a été établie. L'humidité de l'air augmente le gradient de tension le long du canal de l'arc et réduit les activités de décharge à la tête de l'arc. Toutefois, elle pourrait influencer le développement et la propagation de l'arc en modifiant l'épaisseur du film d'eau. On a trouvé qu'un changement dans le mécanisme dominant, à savoir le passage de l'ionisation thermique à l'ionisation par collision sous le champ électrique intensifié, était responsable du contournement

La grande majorité des modèles numériques statiques et dynamiques de prédiction de la tension critique de contournement des isolateurs recouverts de glace en période de fonte se base sur la formulation analytique de Wilkins afin d'évaluer la résistance résiduelle de la couche de glace. La limitation des modèles fondés sur cette formule résulte du fait qu'ils ne sont pas applicables à des dépôts de glace de géométries complexes. De plus, un grand nombre des modèles dynamiques actuellement élaborés est restreint à des distances d'arc inférieures à un mètre puisque ces modèles ne tiennent compte que d'un seul arc en contact avec la surface de la glace. Pour pallier à ces problématiques, il a été décidé de recourir à la méthode des éléments finis (MEF) dans l'intention de prédire la tension critique de contournement des isolateurs recouverts de dépôts de glace de formes complexes, et ce, pour des distances d'arc atteignant les deux mètres. Cette dernière considération nécessite la prise en compte de deux arcs partiels en contact avec la couche de glace. Pour ce faire, des modèles prédictifs dynamiques, au nombre de trois, ont été établis dans cette recherche, soit un modèle mono-arc en courant continu (CC) un modèle mono-arc en courant alternatif (CA) et enfin un modèle bi-arcs en CA. Ce dernier est en fait une extension du modèle mono-arc en CA, Tous les modèles ainsi développés sont basés sur le modèle de Obenaus pour lesquels la résistance résiduelle de la couche de glace est calculée par la MEF. La surface de la glace, de par la présence d'un film d'eau conducteur d'épaisseur supposée constante, est modélisèe par une surface en deux dimensions de conductivité surfacique uniforme sur laquelle sont présents un ou deux pieds d'arc (selon le modèle) considérés comme des surfaces circulaires équipotentielles. Le choix du critère de propagation de l'arc a été porté sur le critère de Hampton, étant donné la simplicité de son implementation dans les algorithmes de calcul et de sa validation par la MEF. La tension critique de contournement est obtenue par calcul itératif lorsque le pied d'arc atteint l'électrode de mise à la terre (cas du modèle mono-arc) ou encore lorsque les deux pieds d'arc se rencontrent (cas du modèle bi-arcs). Les modèles proposés ont été réalisés par le biais du logiciel commercial d'éléments finis (EF) COMSOL Multiphysicss qui a été couplé avec Matlab pour l'exécution des algorithmes. Les trois modèles dynamiques d'EF ont été validés à partir des résultats expérimentaux et numériques issus d'études antérieures. La comparaison des différents résultats a montré que les modèles dynamiques mono-arc d'EF, en CC et en CA, sont en mesure de prédire la tension critique de contourmement avec une précision aussi bonne que celle trouvée par les modèles dynamiques actuels. L'erreur maximale est de l'ordre de 13 %, et cela, indépendamment de la conductivité d'eau d'accumulation, de la distance d'arc (inférieure à un mètre) ainsi que de la longueur initiale de l'intervalle d'air, paramètre influent qui n'était pas pris en compte dans les modèles dynamiques actuels. En ce qui concerne le modèle dynamique bi-arcs qui est actuellement, au meilleur de nos connaissances, le seul modèle dynamique applicable à des distances d'arc supérieures à un mètre, la comparaison des résultats numériques avec des résultats expérimentaux antérieurs a permis de valider ce modèle avec une erreur maximale de 5,8 %. L'usage de la MEF, le choix du critère de Hampton comme critère de propagation et la modélisation du film d'eau et du pied d'arc ont offert le moyen de développer des modèles dynamiques simples prédictifs de la tension critique de contournement des isolateurs recouverts de glace pour des distances d'arc qui peuvent aller jusqu'à deux mètres. Également, les résultats ont démontré toute la versatilité des modèles qui donnent la possibilité de tracer l'évolution de plusieurs paramètres, à savoir la résistance résiduelle, le courant de fuite ou la tension appliquée en fonction du déplacement du ou des pieds d'arc à la surface de la glace.

De la source d'énergie exploitée jusqu'à la consommation de l'électricité à la maison et en industrie, il existe tout un réseau de transport constitué de pylônes, d'isolateurs et de lignes de transmission. Or, ces réseaux, lorsqu'ils sont situés dans les régions à climat froid, se trouvent parfois exposés aux problèmes liés au givrage atmosphérique. En effet, une couche de glace peut s'accumuler sur les isolateurs, ce qui diminue leur tenue diélectrique. Lorsque cette couche fond en surface suite au rayonnement du soleil par exemple, une redistribution du champ électrique le long de l'isolateur peut entraîner l'apparition d'arcs électriques partiels, voir même un contournement électrique de l'isolateur à des niveaux de tension beaucoup plus faible qu'en absence de glace. À cet effet, la Chaire industrielle sur le givrage atmosphérique des équipements des réseaux électriques (CIGELE) de l'UQAC, « a pour mandat d'étudier plusieurs phénomènes reliés au givrage atmosphérique, en particulier au givrage atmosphérique des équipements des réseaux électriques, de faire avancer les connaissances dans ce domaine, et d'en diffuser les résultats »\ L'objectif de ce projet de recherche, qui s'inscrit dans le cadre des projets de la CIGELE, porte sur l'étude des phénomènes électriques se produisant à la surface d'une couche de glace en présence d'un arc électrique partiel. Plusieurs outils d'analyse ont été développés afin d'atteindre l'objectif principal. À cette fin, le premier outil conçu et construit au laboratoire a été un système multimesures de potentiels sécuritaire. Le deuxième outil d'analyse a été un script par éléments finis. Ce dernier a deux fonctions : valider l'étalonnement du banc de mesures ; analyser et interpréter les mesures prises en laboratoire. Aucun modèle numérique n'est donc défini à l'avance. Plusieurs phénomènes électriques ont été observés à la surface de glace en présence d'un arc électrique : la période de décharge électrique ; la période où l'échantillon de glace a un comportement résistif ; et la période où l'échantillon de glace semble être «en résonnance» avec l'arc électrique, c'est-à-dire où l'inductance de l'arc interagit avec la capacité de la glace. Seule la période de temps où l'échantillon de glace est encore résistif a pu être simulée par éléments finis afin de déduire la densité de courant. À l'aide d'une procédure par identification inverse, la méthode des éléments finis a été utilisée comme outils d'analyse et d'interprétation afin de démontrer que la résistance surfacique de l'échantillon de glace est inégale dans sa géométrie. À cet effet, une répartition non uniforme de la conductivité surfacique, afin de prendre en compte l'influence de l'épaisseur du film d'eau le long de la couche de glace, a été établie. Pour ce qui est de la période semblable à de la «résonnance», la discussion s'est limitée à sa probable provenance sans pouvoir l'expliquer, et ses possibles conséquences.